高返回比GH4738合金洁净制备工艺与组织性能研究

【作者】 赵朋； 杨树峰；

【机构】 北京科技大学冶金与生态工程学院；

【摘要】 随着我国航空航天事业及其他领域对高温合金材料需求的增长,高纯金属原料需求与供给的矛盾日渐突出,返回料再生循环利用将迅猛发展从而显著改变高温合金的原料结构。近年来,国内相关优势单位通过技术引进和自主研发发展出了多种高温合金返回料使用技术,涵盖分选、清洗、冶炼、锻造全流程工艺,但返回料利用率和洁净度控制水平与国外仍有差距,杂质低残留深度脱除理论和关键冶金工艺掌握尚未成熟。因此,开展高返回比高温合金洁净制备理论与工艺研究,对我国高温合金质量提升和低成本制备具有重要意义。作者及其团队以"十四五"国家重点研发计划课题"含返回料的高温合金纯净化、低偏析熔炼关键技术集成与应用"为依托,通过实验室实验、数值仿真和工业试验相结合的方法,系统研究了不同返回料添加比例对GH4738合金洁净度及组织性能的影响规律,并分析其作用机制。主要研究结果有:(1)返回料添加导致N杂质元素含量明显增加,非金属夹杂数量、尺寸明显增大,这些夹杂物将成为MC碳化物异质形核核心,促进大尺寸块状碳化物大量析出并在晶界偏聚,降低合金持久寿命和塑性。(2)随着返回料比例增加,真空感应混合重熔脱氮限制性环节将由液相传质和界面反应共同控制向界面反应控制转变,精炼温度升高,界面反应控制逐渐占据主导。(3)提高精炼功率和熔池温度,有助于加速熔池内部溶质传输,促进界面反应脱气,提高杂质脱除效率。(4)基于以上研究成果,在国内某高温合金企业采用三联冶炼工艺,成功制备出返回料添加比例70%的大尺寸GH4738合金铸锭,实现铸锭O、N、S杂质元素总量<30ppm,45种痕量元素总量<50ppm,棒材力学性能与新料相当。更多还原