K417合金介紹
K417 是一種低密度、高強度的鎳基鑄造高溫合金。其成分中高含量的鋁和鈦形成了 γ’ 強化相,約占合金重量的 67%。因此,高溫強度高,塑性較好,密度低(7.8g/cm),特別適合高溫轉(zhuǎn)動件。但其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,特別是當(dāng)成分上限或鑄造工藝參數(shù)控制不當(dāng)時,零件在850~950℃長期工作時有析出片狀 σ 相的傾向。它的耐熱性和耐腐蝕性也很差。如果在高溫下長時間使用,則需要進行保護涂層。該合金適用于制造燃氣輪機零件和其他在950℃以下工作的高溫零件。
鑄造高溫合金是被直接用來生產(chǎn)航空發(fā)動機的導(dǎo)向葉片和渦輪葉片等關(guān)鍵零部件的重要材料。它的質(zhì)量好壞關(guān)系到航空發(fā)動機的壽命和安全,因此,控制鑄造高溫合金零部件的質(zhì)量歷來得到國內(nèi)外生產(chǎn)單位和冶金工作者的高度重視。
鑄造高溫合金因成分中活性元素較多,對雜質(zhì)含量要求嚴格,故多采用雙真空熔鑄工藝,即將原材料先在真空感應(yīng)爐內(nèi)熔煉并鑄造成母合金錠,然后再在真空感應(yīng)爐內(nèi)將母合金錠重熔并澆注成鑄件。最初的高溫合金母合金錠的質(zhì)量對高溫合金鑄件的質(zhì)量有很大影響,使用質(zhì)量很差的母合金錠是不能生產(chǎn)出可靠的鑄件的。航空發(fā)動機和工業(yè)燃氣輪機的使用性能,通過其部件,終歸還是取決于最初的高溫合金母合金錠的質(zhì)量。
K417合金成分
牌號①: K417
C(%): 0.13~0.22
Cr(%): 8.50~9.50
Mo(%): 2.50~3.50
Ni(%): 余量
Co(%): 14.0~16.0
W(%): —
AI(%): 4.80~5.70
Nb(%): —
Ti(%): 4.50~5.00
Fe(%): ≤1.0
Si(%)≤: 0.50
Mn(%)≤: 0.50
P(%)≤: 0.015
S(%)≤: 0.010
其他(%): B 0.012~0.022,V 0.60~0.90,Zr 0.05~0.09
K417合金熔鑄凝固中的電磁控制
(1) 在高溫合金母合金錠真空熔鑄的凝固過程中合理施加工頻旋轉(zhuǎn)電磁場或工頻行波磁場,其在金屬熔體中產(chǎn)生的電磁攪拌作用能夠使K417高溫合金母合金錠的等軸晶組織得到明顯細化、等軸晶率也有所增加、夾雜物和中心縮孔的大小和分布得到明顯改善、枝晶偏析大為減輕,從而使高溫合金母合金錠的質(zhì)量得到大幅提高。
(2) 采用傳統(tǒng)真空熔鑄工藝得到的K417高溫合金母合金錠中存在著嚴重的枝晶偏析,其中,正偏析元素和其偏析嚴重程度順序為Ti、Mo、Cr,負偏析元素和其偏析嚴重程度順序為VCo。在高溫合金母合金錠的凝固過程中施加旋轉(zhuǎn)或者線性電磁攪拌能夠促進液穴內(nèi)熔體成分的均勻化并使等軸晶組織得到明顯的細化和增加,從而減輕了高溫合金母合金錠中枝晶偏析的程度。
(3) 在高溫合金真空熔鑄的凝固過程中合理施加旋轉(zhuǎn)電磁攪拌或者線性電磁攪拌可以增加高溫合金液態(tài)金屬的補縮能力,從而使高溫合金母合金錠中心縮孔的大小和分布得到明顯改善,采用在澆注8秒后施加60A、30秒的工頻單向旋轉(zhuǎn)電磁攪拌工藝或者140A、30秒單側(cè)向上的工頻線性電磁攪拌工藝,能夠使K417高溫合金母合金錠的中心縮孔比率從54%降至35%,這將有利于提高高溫合金母合金錠的利用率。
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