電磁攪拌對Incoloy825合金凝固組織和偏析的影響

  Incoloy825合金是一種添加了Mo,、Cu,、Ti、Al,、Mn和Si的Ni-Fe-Cr基固溶強化高溫合金,,它可在還原性和氧化性介質(zhì)中使用。Incoloy825高溫合金具有抗Cl-應(yīng)力腐蝕開裂,,抗點蝕,、縫隙腐蝕以及其他多種腐蝕性溶液的能力,。此外,在550℃高溫環(huán)境下使用也能保持良好的力學(xué)性能,,因而廣泛應(yīng)用于航空航天,、能源、化工和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域,。隨著Incoloy825合金需求量的大幅增加,,針對該合金的連鑄工藝技術(shù)的開發(fā)成為實現(xiàn)其大批量生產(chǎn)的重要手段。但是在連鑄生產(chǎn)中,,由于Incoloy825合金元素含量高,,且在連鑄過程中鑄坯內(nèi)部的溫度和溶質(zhì)濃度分布不均勻,會促使鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生嚴重的偏析和晶粒粗大等問題,。為消除偏析對合金的危害,,在鑄坯的后續(xù)加工中要進行熱處理等工序,不但消耗大量能源而且也延長了生產(chǎn)周期,。

  電磁攪拌技術(shù)是對金屬凝固過程進行控制的一種有效手段。其原理是利用電磁力來強化液穴中金屬液的運動,,從而影響金屬液凝固過程中的流動,、傳熱和遷移過程,減少柱狀晶組織并增加等軸晶含量,,減小成分偏析,,從而達到改善鑄坯質(zhì)量的目的。目前電磁攪拌技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于多種合金的連鑄過程中并取得良好的效果,。因此,,科研人員通過在Incoloy825高溫合金的凝固過程中施加水平線性電磁攪拌,研究了電磁攪拌對Incoloy825高溫合金組織及元素偏析的影響,。

  試驗用Incoloy825合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù),,%)為:Ni39.1,Cr22.5,,Mo3.51,,Al0.12%,Ti0.709,,Mn0.506,,Si0.203,Cu2.15,,C0.018,,P0.021,S0.017,,余量為Fe,。將棒材切成多段,,放入中頻感應(yīng)爐中熔煉,在1460℃時澆入試驗裝置內(nèi)并蓋上保溫材料,,同時通入Ar氣,,得到尺寸為120mm×80mm×130mm的鑄坯。試驗裝置采用水冷銅模進行單側(cè)冷卻并利用水平線性電磁攪拌器放置于水冷銅模同側(cè)進行,。因為實際生產(chǎn)的Incoloy825合金連鑄坯主要為板坯,,板坯連鑄機結(jié)晶器的寬厚比大,不適合采用旋轉(zhuǎn)型電磁攪拌,,因而一般采用水平線性電磁攪拌,。試驗結(jié)果如下:

  (1)在Incoloy825高溫合金的凝固過程中,,施加電磁攪拌可以有效地細化合金的晶粒組織并增加等軸晶含量,。當(dāng)電磁攪拌電流強度從150A增加到300A時,中心等軸晶的平均晶粒尺寸進一步細化,,從300μm減小至210μm,,同時中心等軸晶含量由66.7%增加到77.5%。
 ?。?)未施加電磁攪拌的鑄坯內(nèi)部C元素宏觀偏析嚴重,,在施加電磁攪拌后,鑄坯內(nèi)的冷卻速率增加,,導(dǎo)致二次枝晶臂間距減小,,抑制了C元素的宏觀偏析程度。此外,,電流強度的增加進一步抑制了鑄坯內(nèi)部C元素的宏觀偏析,。
  (3)未施加電磁攪拌時,,鑄坯內(nèi)部各元素均有不同程度的微觀偏析,,最為嚴重的是Ti元素。施加電磁攪拌后,,鑄坯內(nèi)部各元素微觀偏析比減小,,且隨著電流強度的增加,微觀偏析程度明顯減輕,,鑄坯質(zhì)量得到明顯改善,。