發布時間：2021-06-19所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：通過采用超純化冶煉技術處理了DZ125L合金返回料，并與全新料DZ125L合金的力學性能進行比較。研究發現返回料的力學性能水平與新料相當，鑄造葉片成品率也與新料相當，返回料的再次利用大幅度降低了材料損耗率，提高了原材料利用成本。 關鍵詞：高溫合金
摘要：通過采用超純化冶煉技術處理了DZ125L合金返回料，并與全新料DZ125L合金的力學性能進行比較。研究發現返回料的力學性能水平與新料相當，鑄造葉片成品率也與新料相當，返回料的再次利用大幅度降低了材料損耗率，提高了原材料利用成本。
關鍵詞：高溫合金;渦輪葉片;返回料;力學性能;鑄造工藝
1前言
高溫合金可用于制備航空發動機渦輪葉片、艦船發動機渦輪葉片、汽車發動渦輪葉片，其屬于國家戰略資源，制備渦輪葉片通常采用精密熔模鑄造的方式，葉片再鑄造過程中材料的利用率較低[1～6]。為了進一步提高材料的利用率，對于高溫合金的返回料的在利用研究近年來成為行業內的熱點之一，眾多學者開展了DZ125、K414、DZ4、K4002、K4169等合金的返回料研究工作[7～14]。DZ125L合金作為具有自主知識產權的第一代定向凝固高溫合金，其具有良好力學性能、物理性能和鑄造工藝性能，該合金被用于生產航空發動機渦輪空心葉片[15～19]。葉片的整體原材料利用約為10%，其余90%材料均被當作返回料處理，大大浪費了資源。目前為止對于DZ125L返回料的研究工作未見報道，本文將對DZ125L合金返回料開展相應研究工作。
2試驗材料和方法
試驗采用真空感應熔煉制備DZ125L全新料合金錠，采用超純冶煉技術制備DZ125L返回料合金錠，合金錠直徑80mm，長度700mm。利用化學分析合金錠成份，利用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡研究微觀組織，利用定向凝固設備制備定向凝固試棒，按照國標測定定向凝固試棒的力學性能。采用返回料和新料進行同批次模殼葉片澆鑄試驗。
3試驗結果及討論
表1為DZ125L合金全新料和返回料合金錠的化學分析成份。全新料和返回料在合金主元素兩者區別不大，但合金中微量元素含量差別較大，全新料中的O、N、S、P含量更低。采用純凈化冶煉工藝可以將DZ125L母合金返回料中O、N、S、P之和可以控制在100ppm以內。
圖1為DZ125L合金錠中的顯微疏松形貌。從圖1中可見，DZ125L合金中的疏松傾向高于全新料中的疏松含量，疏松一是來自最終凝固的無補給液態金屬的體積收縮，另一方面是來自溶入金屬中的氣體在凝固降溫過程中溶解度下降導致過飽和逸出形成的氣泡殘留于固態金屬中，合金中的O、N等氣體雜質的增多無疑是造成合金中疏松增多的原因之一。
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圖2為DZ125L合金的微觀組織形貌。從圖2中可見，返回料合金中的(γ+γ′)共晶組織明顯多于新料合金，合金中(γ+γ′)共晶數量多少主要與合金中的Al、Ti、Ta含量有關，從表1中合金錠的化學分析數據可見，返回料中的(Al+Ti+Ta)之和略高于新料合金。返回料合金錠與全新料合金錠中的碳化物形貌均為MC型碳化物的典型形貌，從微觀組織形貌中也可以看出，返回料中的疏松明顯多新料合金中。
表2和表3為DZ125L合金返回料和全新料定向凝固試棒的拉伸性能和持久性能。比較返回料和全新料合金的力學性能水平相當，雖然兩種合金中的氧氮硫磷差別較大，但對合金定向凝固試棒的力學性能影響不大。
在葉片生產單位進行了整批次84片為1批次的葉片澆鑄試驗，經過鑄造毛坯工序檢測返回料和全新料的葉片的成品率均為60%以上。以上研究結果表明采用超純冶煉工藝處理DZ125L合金葉片返回料后，返回料合金的力學性能水平和葉片鑄造成品率與新料相當，這為返回料的真正應用奠定了良好基礎。
4結論
DZ125L合金返回料合金中的氧氮硫磷含量高于全新料合金中的含量，導致返回料中的疏松傾向增加，但對合金的力學性能和葉片鑄造成品率沒有影響。——論文作者：劉恩澤1*，劉曉飛2，郭金花3，沈卓4，寧禮奎2，佟健2，譚政2，李海英2，鄭志2
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