鎳基合金中非金屬夾雜物及其去除技術的研究.pdf

1、隨著航空、航天、導彈和電子工業(yè)技術的飛速發(fā)展，對鎳基合金的質量要求日益嚴格，尤其是對鎳基合金中的線材，不僅要求其具有合格的化學成分和使用性能，而且還要求其具有合格的內在質量和表面質量。本文對某合金廠生產的4J43合金和Cr20Ni80合金線材出現(xiàn)的表面缺陷等質量問題進行了研究，發(fā)現(xiàn)與國內外同類產品相比，其合金成分較好，但合金中含有大量的脆性非金屬夾雜物，這是導致產品出現(xiàn)表面裂紋、凹坑等質量問題的主要原因。針對目前鎳基合金中非金屬夾雜物的

2、研究滯后，沒有統(tǒng)一的鑒定和檢測標準等問題，研究開發(fā)了新型的電解液，并采用金相檢驗與電解檢驗相結合的方法，對鎳基合金線材中的非金屬夾雜物進行了系統(tǒng)的研究，分析了合金中夾雜物的來源，并針對4J43合金和Cr20Ni80合金的生產工藝進行了優(yōu)化。初步獲得了較好的研究結果。 配制了以復合含氧酸鹽、氯化鈉、檸檬酸鈉為電解質的電解液，該電解液不僅可以高效萃取出鎳基合金中的非金屬夾雜物，而且電解過程中電解液溫度變化小、PH值恒定，絮狀的陽極泥

3、沉淀少，電解過程平穩(wěn)，電解后半透膜中的夾雜物混雜的金屬掉渣少，清洗分離容易，收得率高，萃取所得的夾雜物較好地保留了在合金中的原貌，提高了實驗分析的準確性。 兩種鎳基合金中的夾雜物主要是熔煉過程生成的脫氧產物，因在澆注前未能完全上浮而滯留在合金中，屬內生夾雜物。這些由Al、Si、Ca、Mn、Mg、Ti、Fe、Ni等元素組成的硅酸鹽、鋁酸鹽及它們的復合夾雜物，在合金中因生成的時間、凝固的條件以及成分的不同而呈球狀、小塊狀、條狀及不規(guī)

4、則形狀。其中，大尺寸的脆性宏觀夾雜物對合金的性能影響最大，尤其是4J43和Cr20Ni80合金中由Ti、Al、Fe組成的復合夾雜物，這類夾雜物主要是熔煉中鈦脫氧產生的鈦的氧化物或氮化物，多以銳角規(guī)則形貌出現(xiàn)，尺寸在20-300μm，變形率低、并具有較高的硬度。由于這種脆性夾雜物與合金基體之間在變形性方面存在著較大的差異，在加工變形過程中，合金基體的均勻連續(xù)性受到破壞，引起應力集中，導致合金基體與夾雜物交界處產生微裂紋，并且隨著應力的增加

5、，裂紋擴展并最終形成宏觀缺口或斷絲。 采用三元酸性渣系CaF2-Al2O3-CaO對中頻感應熔煉后的4J43合金進行電渣重熔，實驗證實，在此渣系下電渣重熔工藝穩(wěn)定，電渣重熔后的4J43合金中非金屬夾雜物總量減少了近40％，大于50μm的夾雜物完全消除，夾雜物的粒徑主要控制在0～20μm，由于電渣重熔前合金中的脆性夾雜物(以鋁酸鹽為主的復合夾雜物和附合了氧化鋁和氧化鐵的氧化鈦、氮化鈦夾雜物)在重熔過程中已完全去除，重熔后合金中的新

6、生夾雜物主要是塑性的硅酸鹽類夾雜，使得合金的抗拉強度和延伸率都有較大的提高，但重熔前后4J43合金膨脹性能無明顯變化，均在國標規(guī)定范圍內。下游用戶質量反饋證實：新工藝生產的4J43合金其表面質量和后續(xù)加工的成材率都比以前有較大提高。實驗研究了鋼包吹氬工藝參數(shù)對Cr20Ni80合金中夾雜物去除效果的影響，當吹氬量大于3.5L/min時，吹氬后夾雜物不但沒有減少還有所增加，特別是大尺寸夾雜物，這主要是吹氬量大時氬氣泡尺寸較大，引起鋼液波動造