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GH4169鎳基高溫合金（化學(xué)成分）在連續(xù)冷卻條件下凝固過程微觀偏析及糊狀區(qū)穩(wěn)定性

發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.bt990.com.cn 更新時(shí)間：2014-08-14
GH4169合金具有優(yōu)良的加工性和高溫綜合性能，大量用于航空、航天、石油、化工及能源等領(lǐng)域，是目前應(yīng)用最廣泛的鎳基高溫合金。
GH4169合金具有優(yōu)良的加工性和高溫綜合性能，大量用于航空、航天、石油、化工及能源等領(lǐng)域，是目前應(yīng)用最廣泛的鎳基高溫合金。近年來，軍工及民用工業(yè)對(duì)熱端部件服役效率要求的不斷提高，急需研發(fā)大尺寸、高整體性及可靠性的GH4169合金制件，使得發(fā)展質(zhì)量穩(wěn)定的大尺寸GH4169合金鋼錠成為大勢(shì)所趨。但是，制約GH4169合金錠型擴(kuò)大的“瓶頸”及影響大尺寸高溫合金鋼錠質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵是鋼錠冶煉時(shí)易產(chǎn)生難以消除的宏觀偏析—黑斑（Freckles）缺陷。黑斑缺陷的特性在于無法通過后續(xù)均勻化工序消除，存在黑斑的鋼錠必須報(bào)廢。因此，如何避免大尺寸GH4169合金及其他合金鋼錠冶煉過程的黑斑缺陷是目前國(guó)際及國(guó)內(nèi)高溫合金界亟待解決的難題。
科研人員通過真空感應(yīng)條件下的凝固重熔試驗(yàn)，結(jié)合掃描電鏡及電子探針微區(qū)成分分析，系統(tǒng)研究了GH4169合金在連續(xù)冷卻條件下凝固前沿糊狀區(qū)的元素偏析規(guī)律及相變規(guī)律，并在YANG等提出的Rayleigh判據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)條件，提出了連續(xù)冷卻條件下反映GH4169合金凝固前沿糊狀區(qū)穩(wěn)定性的局部Rayleigh判據(jù)，旨在為進(jìn)一步分析GH4169合金鋼錠凝固過程的宏觀偏析形成機(jī)理奠定基礎(chǔ)。
試驗(yàn)材料為經(jīng)真空感應(yīng)冶煉、2000t快鍛開坯并經(jīng)多道次連軋的直徑18mm的棒材?；瘜W(xué)成分如下（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：Cr17.68；Al0.58；Ti0.94；Mo2.89；Nb5.46；Fe19.93；C0.021；B0.0056；Ni余量。
原始棒材經(jīng)粗車后，切割成d17mm×15mm的圓柱體，在真空多功能碳管爐內(nèi)進(jìn)行不同冷卻速度下的凝固重熔試驗(yàn)。即樣品放入尺寸相當(dāng)?shù)嫩釄搴笤跔t中加熱至1400℃保溫15min后以設(shè)定的冷卻速度冷至凝固溫度區(qū)間設(shè)定的溫度(tq)迅速取出，淬入鹽水中。設(shè)定的冷卻速度有5種：0.01、0.02、0.05、0.1和0.2℃/s。淬水溫度(tq)根據(jù)GH4169合金的凝固溫度范圍(1260～1336℃)確定，每個(gè)冷卻速度下選取7個(gè)溫度點(diǎn)：1340、1330、1320、1310、1300、1290?和1280℃。
凝固重熔后的樣品沿縱截面切開并電解腐蝕后在Leo?80掃描電鏡及JEOL?JXA?8100X型電子探針下進(jìn)行凝固前沿元素偏析規(guī)律分析，樣品中殘余液相及固相的體積分?jǐn)?shù)用Imagetool軟件定量確定。研究結(jié)果表明：
（1）冷卻速度低于0.05℃/s時(shí)，液相中的Nb含量隨出爐溫度的下降很快升高到一個(gè)較高的值，在較低溫度出爐冷卻時(shí)，Nb含量迅速升高到14%以上，可達(dá)合金名義成分中Nb元素含量的3倍。提高冷卻速度至0.1℃/s，在高溫出爐時(shí)Nb含量升高很慢，當(dāng)出爐溫度低于1310℃時(shí)，?Nb含量迅速升高到10%以上。進(jìn)一步提高冷卻速度，殘余液相中Nb元素變化不大，與合金的名義成分接近。
????（2）冷卻速度較高時(shí)(大于0.05℃/s)，GH4169合金凝固過程凝固前沿糊狀區(qū)的穩(wěn)定性較好，Rv值相對(duì)較低；而當(dāng)冷卻速度較低時(shí)，即低于0.02℃/s時(shí)，Rv值比較高；而在1330℃附近出爐冷卻時(shí)，存在一個(gè)峰值區(qū)，最大峰值接近7.5×10?13。說明當(dāng)凝固過程冷卻速度較低時(shí)，GH4169合金由于元素的微觀偏析使得凝固前沿糊狀區(qū)的穩(wěn)定性降低，可能會(huì)導(dǎo)致由微觀偏析向宏觀偏析的轉(zhuǎn)變，該規(guī)律與工程實(shí)際比較吻合。

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