為了進(jìn)一步提高真空熔鑄高溫合金鑄件的的質(zhì)量，本文系統(tǒng)研究了在K417高溫合金真空熔鑄過(guò)程中施加由工頻交流電磁場(chǎng)和恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)組成的復(fù)合磁場(chǎng)對(duì)高溫合金鑄件凝固組織的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在澆注完畢后同時(shí)施加60A 旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)和290 A 恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)的工藝條件下，由于恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)在金屬液面處產(chǎn)生的電磁制動(dòng)效應(yīng)可以抑制施加旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)所引起的金屬液面的波動(dòng)，因此既可以避免因金屬液液面波動(dòng)太大而使鑄件縮孔惡化的情況出現(xiàn)，又可以大幅提高旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)在金屬液凝固過(guò)程中的作用范圍和效果，最終得到細(xì)小等軸晶比例達(dá)到99%、縮孔明顯改善的優(yōu)質(zhì)高溫合金鑄件。

　　在前期的研究工作中，為了得到鑄造組織為細(xì)小均勻等軸晶、在中低溫的工作環(huán)境中具有優(yōu)異低周疲勞性能和力學(xué)性能的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪葉片和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤等鑄造高溫合金零件，研究了在高溫合金真空熔鑄的凝固過(guò)程中施加旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)對(duì)高溫合金鑄件凝固組織的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠細(xì)化高溫合金鑄件的凝固組織、改善夾雜物的數(shù)量和分布、減輕枝晶偏析。但該方法通過(guò)延遲電磁攪拌的開(kāi)始時(shí)間來(lái)保證金屬液面能夠在電磁攪拌之前形成穩(wěn)定的表面凝殼，避免因金屬液面波動(dòng)太大而惡化鑄件的補(bǔ)縮條件。這導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)在金屬液凝固過(guò)程中的作用范圍和效果有限，得到的高溫合金鑄件總會(huì)存在一個(gè)在施加電磁場(chǎng)之前就已凝固形成的晶粒較粗大的柱狀晶層，這是一個(gè)旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)在金屬熔體中產(chǎn)生的電磁攪拌和電磁凈化作用沒(méi)能達(dá)到的區(qū)域，其純凈度和均勻性較差。

　　目前隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)性能的提高，對(duì)高溫合金鑄件的品質(zhì)提出了更高的要求。另一方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合磁場(chǎng)的應(yīng)用研究越來(lái)越多，而且研究結(jié)果表明，施加復(fù)合磁場(chǎng)能夠進(jìn)一步地改善鑄坯的質(zhì)量。為了進(jìn)一步提高真空熔鑄高溫合金鑄件的的質(zhì)量，本文在K417 高溫合金鑄件真空熔鑄的凝固過(guò)程中施加由工頻交流電磁場(chǎng)和恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)組成的復(fù)合磁場(chǎng)，以研究施加復(fù)合磁場(chǎng)對(duì)真空熔鑄高溫合金鑄件凝固組織的影響。

1、試驗(yàn)

　　試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖1，該裝置主要由奧氏體不銹鋼砂箱、條形恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)發(fā)生器、工頻交流旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)發(fā)生器、真空中頻感應(yīng)熔煉爐、泡沫陶瓷過(guò)濾器、澆冒口系統(tǒng)組成。其中，條形恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)發(fā)生器設(shè)置在奧氏體不銹鋼砂箱外側(cè)上部，工頻交流旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)發(fā)生器設(shè)置在奧氏體不銹鋼砂箱外側(cè)下部。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

　　本實(shí)驗(yàn)中的試樣型殼采用填砂造型澆注。將8 kg 的K417 高溫合金爐料裝入真空中頻感應(yīng)熔煉爐中，抽真空，當(dāng)真空中頻感應(yīng)熔煉爐的真空度達(dá)到6 × 10^-2 Pa 以上時(shí)通電加熱熔化， 90 min 的熔化期結(jié)束后將溫度進(jìn)一步升至1580℃，進(jìn)行15min 的精煉。

　　精煉期結(jié)束后，將熔煉好的K417 高溫合金熔液通過(guò)帶有泡沫陶瓷過(guò)濾器的澆冒口系統(tǒng)澆注到模殼中，當(dāng)金屬液液面和直流電磁場(chǎng)發(fā)生器中心面平齊時(shí)停止?jié)沧�，依次打開(kāi)條形恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)發(fā)生器、工頻交流旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)發(fā)生器的電源，60 s 后，依次斷開(kāi)工頻交流旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)發(fā)生器、條形恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)發(fā)生器的電源， 120 min 后破真空取樣。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)整工頻交流旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)發(fā)生器、條形恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)發(fā)生器各自輸入的勵(lì)磁電流的大小對(duì)其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度進(jìn)行控制。

　　制備觀測(cè)宏觀晶粒組織試樣時(shí)使用的腐蝕劑為15 g CuSO4 + 3.5 ml H2SO4 + 50 ml HCl 混合溶液。晶粒尺寸和斷面等軸晶比例使用MEF-3 型高溫金相顯微鏡和Q500IW 圖像分析儀進(jìn)行測(cè)定。采用專業(yè)級(jí)佳能EOS 5D Mark III 單反數(shù)碼相機(jī)記錄不同工藝條件下K417 高溫合金鑄件的表面形貌。

3、結(jié)論

　　(1) 在K417 高溫合金鑄件真空熔鑄過(guò)程中，當(dāng)澆注完畢后立即施加旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)時(shí)，金屬液面將會(huì)產(chǎn)生較大的渦旋狀波動(dòng)，這將惡化了鑄件凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮條件，導(dǎo)致凝固后高溫合金鑄件的表面呈現(xiàn)較深的中心凹陷，鑄件內(nèi)部的縮孔比較嚴(yán)重。

　　(2) 在K417 高溫合金鑄件真空熔鑄過(guò)程中，當(dāng)澆注完畢后在金屬液面處立即施加恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)時(shí)，液態(tài)金屬將會(huì)受到一個(gè)與金屬液的運(yùn)動(dòng)方向相反的電磁制動(dòng)力，從而對(duì)金屬液面的波動(dòng)起到抑制作用。

　　(3) 在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)澆注完畢后同時(shí)施加60 A 旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)和290 A 恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)時(shí)，由于恒穩(wěn)直流電磁場(chǎng)在金屬液面處產(chǎn)生的電磁制動(dòng)效應(yīng)可以抑制施加旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)所引起的金屬液面的波動(dòng)，因此既可以避免因金屬液液面波動(dòng)太大而使鑄件縮孔惡化的情況出現(xiàn)，又可以大幅提高旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)在金屬液凝固過(guò)程中的作用范圍和效果，最終得到細(xì)小等軸晶比例達(dá)到99%、縮孔明顯改善的優(yōu)質(zhì)高溫合金鑄件。