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IN718合金具有优异的综合性能,是用量最大的高温合金,广泛应用于航空、航天、核能、石油等重要领域。该合金的合金化程度高,特别是Nb含量高,凝固偏析倾向很大,易产生黑斑等宏观偏析。因此,IN718合金的偏析控制一直是高温合金研究的热点问题。实际生产中IN718合金冶炼工艺复杂,偏析机制研究难度很大。本文采用液态金属冷却(LMC)定向凝固和光学浮区自耗凝固等简化实验条件的方法研究了凝固速率和Nb含量对凝固偏析行为的影响,并进一步考察了真空自耗重熔(VAR)熔化速率对小型铸锭凝固偏析行为的影响。
采用LMC定向凝固方法研究了凝固速率对IN718合金凝固行为的影响。结果表明,凝固速率在10μm/s～,200μm/s之间,随着凝固速率的增大,凝固界面由胞晶转为枝晶；一次胞/枝晶间距在凝固速率为20μm/s时达到最大值257μm,随后逐渐减小,二次枝晶间距则逐渐减小,溶质分配比也随凝固速率的增加而减小。由于枝晶间距变小,糊状区枝晶骨架渗透性减小,对液体流动的阻碍作用增加。
IN718合金是典型的具有高Nb含量的高温合金。Nb是该合金中最主要的强化元素,也是最易偏析的元素。本文研究Nb含量对凝固偏析的影响发现当Nb含量从正常值5.28％提高到6.47％时,合金的初凝温度有所降低,Laves相析出温度提高,但对终凝温度没有明显影响；随着Nb含量的提高,合金中Laves相体积分数增大,且Laves相中Nb含量升高；Nb含量提高还增加了同温度下剩余液体的密度和液体密度差,使得合金黑斑形成趋势变大。
通过改变VAR工艺冶炼电流研究其对IN718合金铸锭组织和偏析行为的影响发现,较高的VAR熔炼电流使得铸锭边缘的柱状晶层变薄,而中心等轴晶比例大大增加,Laves相百分含量增加；熔炼电流较低时,Nb含量分布曲线比较平缓。
采用光学浮区单晶炉模拟VAR熔炼过程的实验结果表明,随实验功率的提高,熔滴表面由凸变凹,熔滴间能实现液液接触,凝固组织由细小的枝晶转为粗大的枝晶,试样边缘的柱状晶层变薄。枝晶间Laces相形态发生了由共晶状、块状到“块状+共晶状”的转变。