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为降低增压涡轮用高温合金K418中的氧氮含量以及提高铸件在室温和650℃下的拉伸性能和低周疲劳寿命,采用过滤净化和电磁搅拌工艺对K418合金进行净化处理,并采用旋转电磁场对该合金凝固组织进行细化处理。通过氧氮分析仪、金相显微镜、扫描电镜、电子探针、拉伸试验机和疲劳试验机等检测手段,分析了真空下过滤净化和电磁搅拌对K418合金中氧氮含量的影响和其作用机制以及旋转电磁场对合金凝固组织和性能的影响。结果表明:(1)同时采用过滤净化和电磁搅拌工艺可将K418合金中的氧氮含量分别降低到5 ppm和6 ppm。过滤净化是一种物理净化方法,依靠阻挡、沉淀、吸附3种过滤机制可以有效地过滤掉K418合金熔体中的氧化物和氮化物;在合金浇注完成后施加电磁搅拌可以进一步促进熔体中细小夹杂物向熔体中心聚集变大,最终聚集上浮至冒口处。(2)在K418合金凝固过程中施加低频旋转电磁场可以获得均匀细小的等轴晶组织。在此基础上,通过正交实验法获得了最佳工艺参数:频率为15 Hz,电流为200 A,总施加时间为180 s,换向时间为5 s。采用此工艺参数可将K418合金晶粒细化至187μm,且晶粒等轴晶率为100%。(3)K418合金晶粒细化是由旋转电磁场产生的电磁搅拌作用实现的,电磁搅拌作用一方面使合金熔体在凝固时发生枝晶折断,另一方面又使熔体温度场逐渐趋于均匀,这两种机制的共同作用促使合金晶粒细化。合金熔体枝晶折断主要发生在凝固前期;而在凝固后期,受枝晶折断抑制和整个凝固液面温度均匀的共同作用,晶粒向等轴晶转变,以等轴晶形态生长,最终形成细小的等轴晶。(4)在K418合金凝固过程中使用旋转电磁场还能改善铸件中元素偏析和缩孔缩松等铸造缺陷,并能够改变合金组织中MC型碳化物、γ’相以及(γ+γ’)共晶组织的形态和大小等。(5)晶粒细化后高温合金K418试样的室温和650℃下的拉伸性能和低周疲劳寿命都有不同幅度地提高。在室温条件下,细晶铸造试样相比普通铸造试样,抗拉强度提高了9.4%,屈服强度提高了17.6%,伸长率提高了34%,断面收缩率提高了27.3%;而细晶铸造试样在0.3%总应变幅控制下的低周疲劳寿命是普通铸造试样的1.7倍。在650℃条件下,细晶铸造试样的拉伸强度和塑性仍然高于普通铸造试样,并基本保持在室温下的性能水平;而其低周疲劳寿命相比普通铸造试样更是提高了1.65倍。