电磁场对Inconel625合金凝固组织和力学性能的影响

Inconel625合金具有良好的力学性能、加工性能和耐腐烛、抗氧化性能，广泛应用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备。由于该合金中Al和Ti含量低，通常不考虑作为时效硬化合金使用，因此其凝固组织对合金的使用性能具有重要影响。该合金中3%（质量分数）以上难熔元素Nb的添加，虽然以固溶强化方式提高了材料的强度，但却增大了凝固过程合金的固液两相温度区间，加重了Nb、Mo等元素向枝晶间富集程度，增加了含有Laves相的共晶状凝固组织（γ＋Laves）组分，严重时甚至形成黑斑等宏观缺陷，为热加工及使用过程中萌生裂纹埋下隐患。实际上，工程当中往往需要较大截面的高温合金锭，其冷却速度慢、凝固时间长，不但加重了这种偏析，而且常伴随晶粒粗大、中心缩孔等问题，严重影响材料利用率和产品合格率。

　　科研人员通过在Inconel625合金凝固过程中施加不同强度的电磁场，研究电磁场参数变化对合金晶粒度、元素偏析的影响规律。

　　实验选用的Inconel625合金锭取自经过真空感应熔炼加电渣重熔的合金锭。将合金锭切割成几等份，在内径为45mm的Al2O3坩埚内感应重熔后，置于型号为UJI/ST-15252线性搅拌器中进行正交凝固实验，所选用的输入电流强度分别为100、200和300A，频率为2、5和8Hz。凝固后合金棒沿直径方向剖开，经研磨抛光和腐蚀后进行合金树枝晶形貌、析出相组织观察。每个合金棒样品在Leica 5000M金相显微镜下连续拍摄20张照片，用Image软件进行枝晶间共晶组织含量的统计。每个合金棒切取3个拉伸试样，在万能试验机上进行室温拉伸实验，利用附带扫描电镜进行元素偏析分析及断口形貌观察。试验结果表明：

　　（1）电磁场作用于Inconel625合金的凝固过程可显著细化合金晶粒度，施加电磁场后合金晶粒尺寸是未施加电磁场时的1/5～1/4。

　　（2）当凝固过程中施加不合理的电磁场参数时，会加剧Nb、Mo元索在枝晶间的偏析，导致合金在凝固末端生成更多的Laves相，增加共晶组织含量。搅拌电流越大，枝晶偏析越严重，电流频率增加，枝晶偏析程度降低。

　　（3）电磁场作用下凝固后Inconel625合金晶粒明显细化，屈服强度增加30%以上，且合金的晶粒尺寸和屈服强度符合Hall-Petch关系式，而电磁场作用下共晶组织的增加导致合金拉伸塑性明显下降。

　　（4）合理选取电磁场参数，可最大程度地控制Laves相数量，同时细化晶粒。当施加电磁场的电流强度为100A，频率为8Hz时，合金凝固后具有最佳室温强度和塑性。