电磁搅拌作用下Incoloy 825合金凝固组织和TiN分布的研究

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Incoloy 825合金是一种镍基耐腐蚀高温合金,传统模铸工艺存在高能耗、低成材率等严重缺点,近年来开发镍基耐腐蚀高温合金的连铸技术成为研究热点。然而连铸过程中Incoloy 825合金连铸坯容易形成穿晶组织,其中心疏松、缩孔以及元素偏析等缺陷异常严重,本文针对Incoloy 825合金连铸过程中存在的问题,采用一种新型的立式电磁搅拌方式,利用金相显微镜、扫描电镜以及能谱分析等手段着重研究了在不同电磁搅拌方式作用下Incoloy 825合金铸锭的凝固组织变化和TiN夹杂物分布,得到以下结论:(1)电磁搅拌作用下合金液中夹杂物分布与去除的物理模拟实验的结果表明:无电磁搅拌作用下,夹杂物沿铸锭高度方向基本呈均匀分布,且夹杂物面积占比较大;当施加电磁搅拌后,夹杂物的去除率随电磁搅拌作用时间的增加而增大;同一电磁搅拌作用时间下,立式电磁搅拌作用下夹杂物去除率高于旋转电磁搅拌作用下夹杂物去除率。这充分说明在立式电磁搅拌作用下合金液中夹杂物分布与去除的效果更好。(2)电磁搅拌作用下Incoloy 825合金铸锭凝固组织变化的结果表明:无电磁搅拌作用下,Incoloy 825合金铸锭疏松缩孔带长50mm,疏松缩孔比率为25%;枝晶组织由粗大的柱状晶区以及中心等轴晶区组成,晶粒尺寸平均为8.32mm,中心等轴晶区比率只有33.3%左右。当施加旋转电磁搅拌后,疏松缩孔带减为15mm,疏松缩孔比率降低为7.5%;枝晶组织由边部少量较为发达的柱状晶区、内表面交叉树枝晶区以及中心等轴晶区组成,晶粒尺寸减小为2.03mm,中心等轴晶区比率达到88.3%。而施加立式电磁搅拌后,疏松缩孔部位上移至冒口,铸锭的内部质量得到大大提高;枝晶组织中出现迎流生长的柱状晶区,晶粒尺寸减小为3.04mm,中心等轴晶区比率达到83.3%。(3)电磁搅拌作用下Incoloy 825合金铸锭内Ti元素宏观偏析的结果表明:有无电磁搅拌作用,Incoloy 825合金铸锭中心横截面以及纵向中心截面上都存在Ti元素的宏观偏析;在中心横截面上,施加电磁搅拌后Ti元素的宏观偏析程度减小,且其Ti元素总体均匀性较好;在纵向中心截面上,施加立式电磁搅拌后Ti元素的宏观偏析程度比无电磁搅拌和旋转电磁搅拌的相对要小,且其Ti元素总体均匀性更好。(4)电磁搅拌作用下Incoloy 825合金铸锭内TiN夹杂物沿铸锭高度方向分布的结果表明:无电磁搅拌作用下,TiN夹杂物基本呈均匀分布;当施加旋转电磁搅拌后,TiN夹杂物面积占比呈现由铸锭下部到上部逐渐增大的趋势;而施加立式电磁搅拌后,在其产生的沿铸锭高度方向的纵向大环流作用下,TiN夹杂物面积占比按距单侧立式电磁搅拌器距离的远近呈现不同的分布趋势,但通过计算铸锭不同高度、距单侧立式电磁搅拌器远近不同位置处的夹杂物面积占比的平均值可知,其也呈现由铸锭下部到上部逐渐增大的趋势。综上所述,在研究电磁搅拌作用下合金液中夹杂物分布与去除的物理模拟实验中的合金液流动机理和夹杂物分布规律的基础上,通过对比在不同电磁搅拌方式作用下Incoloy 825合金铸锭的凝固组织变化和TiN夹杂物分布,可知立式电磁搅拌以其具有的特殊属性在改善Incoloy 825合金铸锭内部质量方面有效地发挥了重要作用。
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