电渣重熔大型IN718镍基合金铸锭凝固和偏析行为基础研究
发布时间：2021-02-23 04:21
IN718镍基高温合金是航空航天、电力能源、国防科技等领域应用最为广泛的关键金属结构材料。伴随新型重大装备的大型化、一体化和高性能化发展趋势,各行业对高品质大尺寸IN718铸锭母材的需求日趋迫切。IN718合金化程度较高,在铸锭凝固过程中,其组织结构最主要的问题就是由于溶质再分配而引起的成分不均匀性,由此引发凝固偏析,从而对后续热加工性能以及最终产品的力学性能造成不利影响。随着生产直径不断扩大,铸锭内部冷速大幅降低,此时合金所表现出的凝固特性也不同于常规情况。因此,明确并掌握IN718合金在缓慢冷却条件下组织、结构、成分等凝固和偏析行为的变化规律是成功制备大锭型合金母材的根本研究方向和主要内容目标。本课题依托国家自然科学基金重点支持项目（No.U1560203）,主要针对低冷速凝固状态下IN718合金的凝固特性和偏析行为开展系统的基础研究工作。拟通过实验手段和理论分析在某种程度上反映出大型IN718电渣锭在凝固过程中的一般特征,完善合金凝固及偏析行为的基础理论,揭示铸锭向大型化发展的瓶颈因素,丰富相关领域的科学认识,为后续科研工作以及实际制备高品质、大尺寸IN718电渣锭提供借鉴和参考...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?ＩＮ７１８合金经标准热处理后的常规组织Ｉ１５）??
?电渣重熔大型ＩＮ７１８镍基合金铸锭凝固和偏析行为基础研究???但冲击初性显著下降。５相的溶解温度区间为９８０？１０３７°Ｃ，在低于其溶解温??度以下进行固溶处理，合金中原本存在的Ｓ相能够有效控制晶粒长大，但是??如果合金中５相的数量大幅增多，则会明显降低材料的抗拉强度、屈服强度??和持久性能。图２－２给出了?ＩＮ７１８合金中不同类型主要析出相的析出－温度－??时间（Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－Ｔｉｍｅ，ＰＴＴ）曲线［１６］。??此外，在合金铸锭或者焊缝组织中常常存在有害的Ｌａｖｅｓ相和ＭＣ型碳??化物［５，７，１６１。表２－２列出了上述ＩＮ７１８合金中主要组成相的化学式、晶体结构??及点阵常数［｜，１７，１８］。??１１００???？ｊ〇〇〇?＿?Ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?６?，?????ｌ??Ｊ?７００?－?＼??６００?－?—?—＇???５００??１?＇?＊?＇?ｌ＿??０．１?１?１０?１００?１０００?１００００??Ｔｉｍｅ?／?ｈｏｕｒｓ??图２－２?ＩＮ７１８合金中各相的ＰＴＴ曲线１１６１??表２－２?ＩＮ７１８合金主要相的晶体结构及组成??￣?相?化学式?晶体结构?点阵常数（ｒｎｎ）?＾??ｙ?—?面心立方（Ａｌ）?ａ＝０．３６１６??ｉ?Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）?面心立方（ＬＩ２）?ａ＝０．３５８９??ｙ＂?Ｎｉ３Ｎｂ?体心四方（ＤＯ２２）?ａ＝０?３６２４??ａ＝０＿５１０６??５?Ｎｉ３Ｎｂ?正交晶系（ＤＯａ）?６＝０．４２５１??ｃ＝０．４５５６??Ｌａｖｅｓ
程度地控制??初始合金元素含量，所以目前高质量的中、大型ＩＮ７１８合金毫无例外地采用??ＶＩＭ作为第一段冶炼工序［５５］，将ＶＩＭ铸锭用作二次熔炼的电极锭，常见的??二次熔炼工艺有ＶＡＲ和ＥＳＲ。??１—绞盘：２?—炉料：??ｓ、３—阀门：４?—熔炼室：??５?—加料斗：６?—感应器：??＾￣￣￣弹済：卸淀门：???１?９＿?淀模：１０—闷门：??，４?１?卜紐机构；??Ｚ＇?ｖ，?／Ｖ?ＪＬ??９、－＇０?Ｖ?）?１３?—机械泵；??Ｊ１?１４—扩敗泵??图２－３真空感应炉工作原理图１５４１??２．３．２真空感应＋真空自耗熔炼??ＶＩＭ＋ＶＡＲ双联工艺是将ＶＩＭ?—次熔炼浇注的电极锭在真空无渣条件下，??利用低电压大电流将炉内气体电离后，在正负电极之间产生高温电弧来熔化??自耗电极，熔化后的高温合金液滴滴入水冷结晶器内汇集成熔池，继续获得??－１２，??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Inconel 718变形高温合金热加工组织演变与发展趋势[J]. 刘永长,张宏军,郭倩颖,周晓胜,马宗青,黄远,李会军. 金属学报. 2018(11)
[2]大型铸锭均质化问题及其新解[J]. 李军,夏明许,胡侨丹,李建国. 金属学报. 2018(05)
[3]变形高温合金纯净熔炼设备及工艺研究进展[J]. 张勇,李佩桓,贾崇林,王涛,李鑫旭,李阳. 材料导报. 2018(09)
[4]DH36高强度船板钢中碳化物及碳氮化物析出行为[J]. 石骁,吴建中,郭汉杰,郭靖,段生朝,杨文晟. 中南大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]真空感应熔炼炉工艺特点及其技术进展[J]. 岳江波. 山西冶金. 2017(02)
[6]重熔温度对Inconel718定向凝固过程中糊状区偏析和Rayleigh数的影响[J]. 王玲,许斌斌,刘林,董建新. 稀有金属材料与工程. 2017(02)
[7]Inconel718高温合金中析出相演变研究进展[J]. 刘永长,郭倩颖,李冲,梅云鹏,周晓胜,黄远,李会军. 金属学报. 2016(10)
[8]中国变形高温合金研制进展[J]. 杜金辉,赵光普,邓群,吕旭东,张北江. 航空材料学报. 2016(03)
[9]T型导电结晶器电渣重熔空心钢锭过程的数值模拟[J]. 陈旭,刘福斌,姜周华,李星. 东北大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]700℃高效超超临界发电技术的研发现状及建议[J]. 王东雷. 科技视界. 2014(36)
博士论文
[1]H13钢中的液析碳化物及其控制方法研究[D]. 毛明涛.北京科技大学 2019
[2]IN718系列高温合金凝固偏析及均匀化处理工艺研究[D]. 缪竹骏.上海交通大学 2011
本文编号：3047010
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?ＩＮ７１８合金经标准热处理后的常规组织Ｉ１５）??
?电渣重熔大型ＩＮ７１８镍基合金铸锭凝固和偏析行为基础研究???但冲击初性显著下降。５相的溶解温度区间为９８０？１０３７°Ｃ，在低于其溶解温??度以下进行固溶处理，合金中原本存在的Ｓ相能够有效控制晶粒长大，但是??如果合金中５相的数量大幅增多，则会明显降低材料的抗拉强度、屈服强度??和持久性能。图２－２给出了?ＩＮ７１８合金中不同类型主要析出相的析出－温度－??时间（Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－Ｔｉｍｅ，ＰＴＴ）曲线［１６］。??此外，在合金铸锭或者焊缝组织中常常存在有害的Ｌａｖｅｓ相和ＭＣ型碳??化物［５，７，１６１。表２－２列出了上述ＩＮ７１８合金中主要组成相的化学式、晶体结构??及点阵常数［｜，１７，１８］。??１１００???？ｊ〇〇〇?＿?Ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?６?，?????ｌ??Ｊ?７００?－?＼??６００?－?—?—＇???５００??１?＇?＊?＇?ｌ＿??０．１?１?１０?１００?１０００?１００００??Ｔｉｍｅ?／?ｈｏｕｒｓ??图２－２?ＩＮ７１８合金中各相的ＰＴＴ曲线１１６１??表２－２?ＩＮ７１８合金主要相的晶体结构及组成??￣?相?化学式?晶体结构?点阵常数（ｒｎｎ）?＾??ｙ?—?面心立方（Ａｌ）?ａ＝０．３６１６??ｉ?Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）?面心立方（ＬＩ２）?ａ＝０．３５８９??ｙ＂?Ｎｉ３Ｎｂ?体心四方（ＤＯ２２）?ａ＝０?３６２４??ａ＝０＿５１０６??５?Ｎｉ３Ｎｂ?正交晶系（ＤＯａ）?６＝０．４２５１??ｃ＝０．４５５６??Ｌａｖｅｓ
程度地控制??初始合金元素含量，所以目前高质量的中、大型ＩＮ７１８合金毫无例外地采用??ＶＩＭ作为第一段冶炼工序［５５］，将ＶＩＭ铸锭用作二次熔炼的电极锭，常见的??二次熔炼工艺有ＶＡＲ和ＥＳＲ。??１—绞盘：２?—炉料：??ｓ、３—阀门：４?—熔炼室：??５?—加料斗：６?—感应器：??＾￣￣￣弹済：卸淀门：???１?９＿?淀模：１０—闷门：??，４?１?卜紐机构；??Ｚ＇?ｖ，?／Ｖ?ＪＬ??９、－＇０?Ｖ?）?１３?—机械泵；??Ｊ１?１４—扩敗泵??图２－３真空感应炉工作原理图１５４１??２．３．２真空感应＋真空自耗熔炼??ＶＩＭ＋ＶＡＲ双联工艺是将ＶＩＭ?—次熔炼浇注的电极锭在真空无渣条件下，??利用低电压大电流将炉内气体电离后，在正负电极之间产生高温电弧来熔化??自耗电极，熔化后的高温合金液滴滴入水冷结晶器内汇集成熔池，继续获得??－１２，??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Inconel 718变形高温合金热加工组织演变与发展趋势[J]. 刘永长,张宏军,郭倩颖,周晓胜,马宗青,黄远,李会军. 金属学报. 2018(11)
[2]大型铸锭均质化问题及其新解[J]. 李军,夏明许,胡侨丹,李建国. 金属学报. 2018(05)
[3]变形高温合金纯净熔炼设备及工艺研究进展[J]. 张勇,李佩桓,贾崇林,王涛,李鑫旭,李阳. 材料导报. 2018(09)
[4]DH36高强度船板钢中碳化物及碳氮化物析出行为[J]. 石骁,吴建中,郭汉杰,郭靖,段生朝,杨文晟. 中南大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]真空感应熔炼炉工艺特点及其技术进展[J]. 岳江波. 山西冶金. 2017(02)
[6]重熔温度对Inconel718定向凝固过程中糊状区偏析和Rayleigh数的影响[J]. 王玲,许斌斌,刘林,董建新. 稀有金属材料与工程. 2017(02)
[7]Inconel718高温合金中析出相演变研究进展[J]. 刘永长,郭倩颖,李冲,梅云鹏,周晓胜,黄远,李会军. 金属学报. 2016(10)
[8]中国变形高温合金研制进展[J]. 杜金辉,赵光普,邓群,吕旭东,张北江. 航空材料学报. 2016(03)
[9]T型导电结晶器电渣重熔空心钢锭过程的数值模拟[J]. 陈旭,刘福斌,姜周华,李星. 东北大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]700℃高效超超临界发电技术的研发现状及建议[J]. 王东雷. 科技视界. 2014(36)
博士论文
[1]H13钢中的液析碳化物及其控制方法研究[D]. 毛明涛.北京科技大学 2019
[2]IN718系列高温合金凝固偏析及均匀化处理工艺研究[D]. 缪竹骏.上海交通大学 2011
本文编号：3047010
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