电子束精炼FGH4096合金夹杂物冶金机制
The Metallurgical Mechanisms of Inclusions in the FGH4096 Alloy during Electron Beam Refining
- 特殊钢 2024年45卷第4期 页码：47-54
- 作者机构：
1.大连理工大学材料科学与工程学院，大连 116024
2.郑州大学中原关键金属实验室，郑州 450001
- 作者简介：
董立阳（1999—），男，硕士；E-mail：dongliyang@mail.dlut.edu.cn
王轶农（1962—），男，博士，教授；E-mail：wynmm@dlut.edu.cn
- 基金信息：国家重点研发计划资助项目(2019YFA0705300)
DOI：10.20057/j.1003-8620.2024-00117
中图分类号： TF806.81;TG132.3收稿：2024-04-29，
纸质出版：2024-07-30
- 稿件说明：
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董立阳,游小刚,董庚益等.电子束精炼FGH4096合金夹杂物冶金机制[J].特殊钢,2024,45(04):47-54.
Dong Liyang,You Xiaogang,Dong Gengyi,et al.The Metallurgical Mechanisms of Inclusions in the FGH4096 Alloy during Electron Beam Refining[J].Special Steel,2024,45(04):47-54.
董立阳,游小刚,董庚益等.电子束精炼FGH4096合金夹杂物冶金机制[J].特殊钢,2024,45(04):47-54. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00117.
Dong Liyang,You Xiaogang,Dong Gengyi,et al.The Metallurgical Mechanisms of Inclusions in the FGH4096 Alloy during Electron Beam Refining[J].Special Steel,2024,45(04):47-54. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00117.
摘要
研究了不同电子束精炼参数对熔体凝固过程中夹杂物的类型、数量和尺寸分布等影响机制。通过对不同功率精炼后FGH4096合金中O和N含量以及夹杂物的类型、数量和尺寸分布进行了统计分析，结合夹杂物生长动力学揭示了电子束精炼功率对夹杂物生长的影响。电子束精炼制备的FGH4096合金中碳氮化合物和复合相夹杂物的数量密度在夹杂物中占比最大，两者占比达到了95.53%。在碳氮化合物和复合相夹杂物中，TiN-TiC、TiN-（Ti，M）C和Al
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-TiN-（Ti，M）C的占比较大。夹杂物生长动力学计算结果表明，功率从9 kW增加到12 kW时，由于功率的增加提升了夹杂物形成元素的去除效率，限制夹杂物生长所需的元素含量、降低夹杂物的形成温度从而缩短其生长温度区间。此外，由于冷速变化较小导致夹杂物的生长时间较短，夹杂物尺寸减小。而当功率从12 kW增加到15 kW时，O和N含量降幅较小而熔体冷速的降幅较大，导致夹杂物的生长时间延长。这降低了杂质元素含量去除所带来的影响，夹杂物尺寸增大。
Abstract
The effect of different electron beam refining parameters on the type， quantity and size distribution of inclusions during melt solidification was studied. The content of O and N in FGH4096 alloy and the type， quantity and size distributi
on of inclusions after different power refining were statistically analyzed， and the mechanism of influence of power on inclusions growth during electron beam refining was revealed in combination with the growth kinetics of inclusions. The number density of carbon and nitrogen compounds and complex phase inclusions in FGH4096 alloys prepared by electron beam refining was the largest， and the proportion of both was 95.53%. In the carbon nitrogen compounds and complex phase inclusions， TiN-TiC， TiN-（Ti，M）C and Al
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-TiN-（Ti，M）C occupied a large proportion. The inclusions growth kinetics calculations showed that when the power increased from 9 kW to 12 kW， the increased power improved the removal effect of the inclusions forming elements， limited the elemental content required for the growth of inclusions， reduced the formation temperature of inclusions and thus reduced its growth temperature range， and led to a reduced growth time and size of inclusions due to the small change in the cooling rate additionally.However， when the power 12 kW increased to 15 kW， the O and N content decreased less while the melt cooling rate decreased larger， resulting in an increased growth time of the inclusion.It reduced the effect of the removal of impurity element content， with an increase in the size of inclusions.
关键词
Keywords
references
Fecht H ， Furrer D . Processing of nickel-base superalloys for turbine engine disc applications ［J］. Advanced Engineering Materials ， 2000 ， 2 （ 12 ）： 777 - 787 .
Hu D Y ， Wang T ， Ma Q H ， et al . Effect of inclusions on low cycle fatigue lifetime in a powder metallurgy nickel-based superalloy FGH96 ［J］. International Journal of Fatigue ， 2019 ， 118 ： 237 - 248 .
Yang L B ， Ren X N ， Ge C C ， et al . Status and development of powder metallurgy nickel-based disk superalloys ［J］. International Journal of Materials Research ， 2019 ， 110 （ 10 ）： 901 - 910 .
Chang L T ， Sun W R ， Cui Y Y ， et al . Preparation of hot-isostatic-pressed powder metallurgy superalloy Inconel 718 free of prior particle boundaries ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2017 ， 682 ： 341 - 344 .
胡连喜 ， 冯小云 . 粉末冶金高温合金研究及发展现状 ［J］. 粉末冶金工业 ， 2018 ， 28 （ 4 ）： 1 - 7 .
Wang J ， Wang L Z ， Li J Q ， et al . Effects of aluminum and titanium additions on the formation of nonmetallic inclusions in nickel-based superalloys ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2022 ， 906 ： 164281 .
Zhou H J ， You X G ， Bi Z N ， et al . Quantitative analysis and formation mechanisms of non-metallic inclusions in GH4068 alloy prepared by vacuum induction melting ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 22 ： 2212 - 2221 .
Yang S L ， Yang S F ， Liu W ， et al . Microstructure， segregation and precipitate evolution in directionally solidified GH4742 superalloy ［J］. International Journal of Minerals， Metallurgy and Materials ， 2023 ， 30 （ 5 ）： 939 - 948 .
Hu D Y ， Zhao M D ， Pan J C ， et al . An LCF lifetime model for PM superalloy considering equivalent ellipsoidal inclusion ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2022 ， 21 ： 1705 - 1713 .
杨 浩 ， 王方军 ， 李 采 ， 等 . 镍基高温合金的熔炼工艺研究进展 ［J］. 特殊钢 ， 2023 ， 44 （ 3 ）： 1 - 9 .
Li Y ， Tan Y ， Wang D G ， et al . Effect of electron beam melt superheating treatment on DZ125 alloy ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 24 ： 6088 - 6106 .
You X G ， Tan Y ， You Q F ， et al . Preparation of Inconel 740 superalloy by electron beam smelting ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2016 ， 676 ： 202 - 208 .
Niu S Q ， You Q F ， You X G ， et al . Mechanism of impurities reduction and evaporation of alloying elements for a multi-elements Ni-based superalloy during electron beam remelting ［J］. Vacuum ， 2018 ， 156 ： 345 - 350 .
Cui H ， Tan Y ， Bai R ， et al . Microsegregation of a new Ni-Co-based superalloy prepared by electron beam smelting layered solidification technology and its homogenization behavior ［J］. Materials Characterization ， 2022 ， 184 ： 111668 .
You Q F ， Yuan H ， Zhao L H ， et al . Removal of inclusions from nickel-based superalloy by induced directional solidification during electron beam smelting ［J］. Vacuum ， 2018 ， 156 ： 39 - 47 .
You X G ， Dong G Y ， Zhou H J ， et al . Removal of oxygen， nitrogen， and inclusions in powder superalloy scraps by electron beam smelting and induced solidification and the purification mechanisms ［J］. Separation and Purification Technology ， 2023 ， 304 ： 122290 .
Dong G Y ， You X G ， Dong L Y ， et al . The inclusion removal behavior during electron beam smelting of DD98M alloy ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2022 ， 20 ： 4297 - 4305 .
徐朝晖 ， 许雅南 ， 游小刚 ， 等 . 电子束精炼GH4068高温合金的除杂工艺及机制研究 ［J］. 精密成形工程 ， 2023 ， 15 （ 11 ）： 179 - 186 .
Yang F ， Cao J S ， Shi L ， et al . Influence of microsegregation on the TiN inclusions formation behavior in a K418 superalloy during the continuous unidirectional solidification process ［J］. ISIJ International ， 2023 ， 63 （ 3 ）： 436 - 447 .
王 岩 ， 曾 莉 ， 苗华军 ， 等 . 700 ℃超超临界锅炉材料GH4700镍基合金Al 2 O 3 +TiN复合析出行为研究 ［J］. 材料科学与工艺 ， 2013 ， 21 （ 3 ）： 122 - 128 .
Shi X ， Duan S C ， Yang W S ， et al . Effects of remelting current on structure， composition， microsegregation， and inclusions in inconel 718 electroslag remelting ingots ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2019 ， 50 （ 6 ）： 3072 - 3087 .
Miao Z Q ， Long H ， Cheng G G ， et al . Agglomeration and clustering of CaO-Al 2 O 3 -MgO leading to super large-size line-shape inclusions in high carbon chromium bearing steel ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2022 ， 53 （ 1 ）： 512 - 525 .
罗小雨 ， 郭 靖 ， 郭汉杰 ， 等 . IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究 ［J］. 特殊钢 ， 2024 ， 45 （ 1 ）： 33 - 41 .
Wang L ， Xue Z L ， Zhu H Y ， et al . Thermodynamic analysis of precipitation behavior of Ti-bearing inclusions in SWRH 92A tire cord steel ［J］. Results in Physics ， 2019 ， 14 ： 102428 .
Kong L Z ， Deng Z Y ， Zhu M Y . Formation and evolution of non-metallic inclusions in medium Mn steel during secondary refining process ［J］. ISIJ International ， 2017 ， 57 （ 9 ）： 1537 - 1545 .
Clyne T W ， Kurz W . Solute redistribution during solidification with rapid solid state diffusion ［J］. Metallurgical Transactions A ， 1981 ， 12 （ 6 ）： 965 - 971 .
Lei J L ， Xue Z L ， Jiang Y D ， et al . Study on TiN precipitation during solidification for hypereutectoid tire crod steel ［J］. Metalurgia International ， 2012 ， 17 （ 9 ）： 10 - 15 .
Maugis P ， Gouné M . Kinetics of vanadium carbonitride precipitation in steel： A computer model ［J］. Acta Materialia ， 2005 ， 53 （ 12 ）： 3359 - 3367 .
Ham F . Theory of diffusion-limited precipitation ［J］. Journal of Physics and Chemistry of Solids ， 1958 ， 6 （ 4 ）： 335 - 351 .
Li B ， Shi X ， Guo H J ， et al . Study on precipitation and growth of TiN in GCr15 bearing steel during solidification ［J］. Materials ， 2019 ， 12 （ 9 ）： 1463 .
Shu Q F ， Visuri V V ， Alatarvas T ， et al . Model for inclusion precipitation kinetics during solidification of steel applications in MnS and TiN inclusions ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2020 ， 51 （ 6 ）： 2905 - 2916 .
Haynes W M . CRC Handbook of Chemistry and Physics （97 th ed .）［M］， 2016 .
Liang C. ， Song G. ， Liang L. ， et al . Effect of Solidification Cooling Rates and Subsequent Homogenization Treatment on Mn-Cr-Mo Element Segregation in Oil Casing Steels ［J］. Metals and Materials International ， 2024 .
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