Ni-Cr-Co三元合金电子束精炼过程中挥发行为研究

发布时间：2020-08-28 13:26

　　 镍基高温合金具有优异的热硬性、热疲劳性、抗蠕变疲劳特性、热稳定性及耐腐蚀性能够应用于极端高温的环境中,在涡扇发动机的热端部件中有着广泛应用。大多数的高温合金都采用真空感应熔炼方式进行一次熔炼。很多种高温合金中都以Ni、Cr及Co三种元素为主元素,W作为一种强化元素在高温合金中应用广泛。Ni、Cr和Co单质随着纯度的提高,价格越来越贵,运用电子束提纯Ni-Cr-Co三元合金代替高纯度的Ni、Cr、Co单质应用于熔炼中,可以降低熔炼的成本,电子束具有很强的提纯合金的能力,但是对于电子束精炼提纯过程中元素的挥发性为研究较少;W为熔点最高的元素,在熔炼过程中,会极大地提高熔炼难度,且容易发生W元素偏聚、成分分布不均匀的现象,合金铸锭的冶金质量较差、熔炼成本高。基于上述这些问题,本论文通过电子束制备提纯Ni-Cr-Co三元合金,分析精炼过程中Ni、Cr和Co元素的挥发性为,包括合金成分的变化、元素的挥发速率、熔体表面的平均温度以及质量损失率等。并对电子束精炼FGH4096母合金的元素质量分数变化进行预测。通过电子束制备Ni-W合金,运用Ni-W合金代替W,应用于电子束单联制备FGH4096母合金,对FGH4096母合金铸锭的主成分、显微组织以及宏观元素分布进行检测分析。通过实验结果分析得到结论:电子束精炼Ni-Cr-Co三元合金过程中,Ni元素的质量分数增大,Cr元素的质量分数减小,Co元素的质量分数变化不大。与Ni和Co相比,Cr元素的质量损失最大,是精炼过程中需要被控制的元素;在15kW的电子束精炼功率下,精炼过程中熔体表面的平均温度为1980.4K。利用该温度计算得到的Ni、Cr和Co三种元素在电子束精炼过程中的质量损失率与实验结果符合较好;通过Ni-Cr-Co三元合金的挥发规律,对FGH4096母合金电子束精炼过程中Ni、Cr、Co三种元素的质量分数变化进行了准确的预测,理论计算值与实验测量值符合较好。运用Ni-W合金代替W单质,可以解决因W熔点过高导致在熔炼过程中原料烧损严重的问题;电子束单联制备的FGH4096母合金的横截面组织主要分为底层细晶区、中部柱状晶区和顶部大晶粒区三个区域。在合金铸锭的横截面的横向以及纵向上,除Ti外其他元素分布上都比较均匀。Ti含量由铸锭中心至边缘处逐渐降低、由铸锭中心底部至顶部逐渐升高的趋势。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG132.3;TF804

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本文编号：2807634