电磁搅拌对Incoloy825合金凝固组织和偏析的影响

Incoloy825合金是一种添加了Mo、Cu、Ti、Al、Mn和Si的Ni-Fe-Cr基固溶强化高温合金，它可在还原性和氧化性介质中使用。Incoloy825高温合金具有抗Cl-应力腐蚀开裂，抗点蚀、缝隙腐蚀以及其他多种腐蚀性溶液的能力。此外，在550℃高温环境下使用也能保持良好的力学性能，因而广泛应用于航空航天、能源、化工和交通运输等领域。随着Incoloy825合金需求量的大幅增加，针对该合金的连铸工艺技术的开发成为实现其大批量生产的重要手段。但是在连铸生产中，由于Incoloy825合金元素含量高，且在连铸过程中铸坯内部的温度和溶质浓度分布不均匀，会促使铸坯内部产生严重的偏析和晶粒粗大等问题。为消除偏析对合金的危害，在铸坯的后续加工中要进行热处理等工序，不但消耗大量能源而且也延长了生产周期。

电磁搅拌技术是对金属凝固过程进行控制的一种有效手段。其原理是利用电磁力来强化液穴中金属液的运动，从而影响金属液凝固过程中的流动、传热和迁移过程，减少柱状晶组织并增加等轴晶含量，减小成分偏析，从而达到改善铸坯质量的目的。目前电磁搅拌技术已经成功地应用于多种合金的连铸过程中并取得良好的效果。因此，科研人员通过在Incoloy825高温合金的凝固过程中施加水平线性电磁搅拌，研究了电磁搅拌对Incoloy825高温合金组织及元素偏析的影响。

试验用Incoloy825合金的化学成分（质量分数，%）为：Ni39.1，Cr22.5，Mo3.51，Al0.12%，Ti0.709，Mn0.506，Si0.203，Cu2.15，C0.018，P0.021，S0.017，余量为Fe。将棒材切成多段，放入中频感应炉中熔炼，在1460℃时浇入试验装置内并盖上保温材料，同时通入Ar气，得到尺寸为120mm×80mm×130mm的铸坯。试验装置采用水冷铜模进行单侧冷却并利用水平线性电磁搅拌器放置于水冷铜模同侧进行。因为实际生产的Incoloy825合金连铸坯主要为板坯，板坯连铸机结晶器的宽厚比大，不适合采用旋转型电磁搅拌，因而一般采用水平线性电磁搅拌。试验结果如下：

（1）在Incoloy825高温合金的凝固过程中，施加电磁搅拌可以有效地细化合金的晶粒组织并增加等轴晶含量。当电磁搅拌电流强度从150A增加到300A时，中心等轴晶的平均晶粒尺寸进一步细化，从300μm减小至210μm，同时中心等轴晶含量由66.7%增加到77.5%。

（2）未施加电磁搅拌的铸坯内部C元素宏观偏析严重，在施加电磁搅拌后，铸坯内的冷却速率增加，导致二次枝晶臂间距减小，抑制了C元素的宏观偏析程度。此外，电流强度的增加进一步抑制了铸坯内部C元素的宏观偏析。

（3）未施加电磁搅拌时，铸坯内部各元素均有不同程度的微观偏析，最为严重的是Ti元素。施加电磁搅拌后，铸坯内部各元素微观偏析比减小，且随着电流强度的增加，微观偏析程度明显减轻，铸坯质量得到明显改善。