K417高溫合金電磁攪拌法真空晶粒細化技術(shù)研究

　　使用X 射線(xiàn)衍射分析儀、掃描電鏡、電子拉伸試驗機、高溫金相顯微鏡研究了在模殼內壁表面的涂層中添加孕育劑鋁酸鈷和在真空熔鑄過(guò)程中施加工頻旋轉電磁攪拌對K417 高溫合金真空精密鑄件凝固組織和性能的影響。結果表明: 采用將在真空熔鑄過(guò)程中施加150A 的工頻旋轉電磁攪拌和在模殼內壁表面的涂層中添加孕育劑鋁酸鈷相復合的方法, 可以得到晶粒細化至95um、斷面等軸晶比例達到99%的K417高溫合金真空精密鑄件。當在電磁攪拌和孕育劑作用下將K417高溫合金真空精密鑄件的晶粒尺寸從3.45 mm 細化至95um, 可以使其粗大等軸晶向細小粒狀晶轉變, (r+ r') 共晶的尺寸減小, 室溫和650度中溫的拉伸性能得到明顯改善。

　　航空發(fā)動(dòng)機的低壓渦輪葉片、機匣和工業(yè)燃氣輪機的渦輪盤(pán)等高溫合金部件的使用溫度大都在等強溫度760度以下, 因而希望其鑄造組織為整體均勻細小的等軸晶以提高其抗疲勞性能。近年來(lái), 整體細晶鑄造技術(shù)得到重視和發(fā)展, 人們通過(guò)采用熱控法、鑄型攪動(dòng)法和化學(xué)法等晶粒細化技術(shù)得到了非常細小均勻的高溫合金等軸晶組織 。

　　在金屬凝固過(guò)程中施加工頻或低頻交變電磁場(chǎng), 利用電磁場(chǎng)在金屬溶液中產(chǎn)生的電磁攪拌作用可以達到細化晶粒、增加鑄坯等軸晶率和減輕鑄坯偏析等目的。采用在模殼內壁表面的涂層中添加孕育劑鋁酸鈷的方法, 可以得到內部晶粒粗大, 表層晶粒明顯細化的高溫合金鑄件。鑒于此, 本文采用將電磁攪拌和表面孕育劑這兩種晶粒細化技術(shù)相復合的方法進(jìn)一步研究了K417 高溫合金真空精密鑄件的整體晶粒細化技術(shù)。該合金經(jīng)常用于生產(chǎn)在中溫以下工作的渦輪葉片及整體葉輪等高溫合金部件。

3、結論

　　(1) 在K417高溫合金的真空熔鑄過(guò)程中施加旋轉電磁攪拌, 能夠使K417高溫合金真空精密鑄件的等軸晶組織得到明顯的細化和增加。但是僅僅通過(guò)增加電磁攪拌強度并不能完全消除高溫合金鑄件表面的粗大柱狀晶層。而采用將金屬液澆入內壁表面涂層中添加有孕育劑鋁酸鈷的模殼后施加旋轉電磁攪拌的方法, 可以成功消除鑄件表面的粗大柱狀晶層。

　　(2) 采用將在真空熔鑄過(guò)程中施加150 A 的工頻旋轉電磁攪拌和在模殼內壁表面的涂層中添加孕育劑鋁酸鈷這兩種晶粒細化技術(shù)相復合的方法, 可以得到晶粒細化至95um、斷面等軸晶比例達到99% 的K417 高溫合金真空精密細晶鑄件。

　　(3) 當在旋轉電磁攪拌和孕育劑作用下將K417高溫合金真空精密鑄件的晶粒尺寸從3.45mm 細化至95um, 可以使其粗大等軸晶向細小粒狀晶轉變、(r+ r') 共晶的尺寸減小、室溫和650度中溫的拉伸性能得到明顯改善。