·1434· 工程科学学报，第38卷，第10期 (a) 碳化物 50m 50m 图6K424合金(a)与K418合金(b)组织特征对比 Fig.6 Microstructures of K424 alloy (a)and K418 alloy (b) 1520 1520 b 1480 1480 1440 1440 1400 1400 1360 1360 1320 1320 MC 1280 MB,- 1280 M.B2 1240 1240 MC。 1200 MgB2→ 1200 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 04 0.6 0.8 1.0 固相分数 固相分数 图7K424合金与K418的凝固过程.(a)K424:(b)K418 Fig.7 Solidification process:(a)K424 alloy:(b)K418 alloy K424合金凝固曲线（图7(a))表明，MC碳化物在 时间较长，因而合金的热裂倾向性更大 较高温度(1507℃)析出，1234℃时固相分数达到 合金成分不同，凝固规律不同，导致凝固末过程中 97.1%(液相分数在3%)时，Y开始以y+y共晶的 元素偏析规律不同，从而形成不同的组织特点.这些 形式从液相中析出.K418合金凝固曲线（图7(b))表 差异将显著影响合金的热裂倾向性.K424合金中A1 明：在1343℃时，合金中首先析出y相：1320℃时，当 和Ti元素含量较高，A1/T较小，凝固末期大量元素在 固相分数达到47.8%（即液相分数在52.2%)时，合 枝晶间液相的偏析，促进大量Y+Y共晶组织的形成. 金中开始析出MC碳化物，在计算范围内（即液相分数 共晶相过早、过多析出使得合金处于热裂敏感区的时 小于0.02%)，无y+y生成：1177℃时，y才开始析 间较长，热裂倾向性增大. 出.两种合金凝固过程最大的区别在于凝固末期共晶 热裂纹产生的直接原因是凝固末期热应力，因而 组织在液相中析出的情况. 采用ProCast软件，模拟分析不同合金在浇注涡轮时应 采用MatPro模拟元素在凝固过程中的偏析行 力分布的情况，从应力角度探讨合金的热裂倾向性. 为，如图8所示.K424合金中元素偏析严重，Al、Ti、Nb 图9为相同工艺参数下，K424及K418合金浇注增压 等易偏析元素在液相中大量富集，尤其是AI/T急剧 涡轮时应力场分布图. 减小，共晶数量增多：而在K418合金中，MC碳化物在 增压涡轮器结构复杂，各个部分厚薄不均，导致叶 1320℃时析出，碳化物的析出消耗了部分易偏析元 梢、叶片根部和涡轮轴部冷却速度不同，造成各部分温 素，尤其是T元素，液相中元素偏析减弱，共晶数量较 度分布不均匀，凝固时间和收缩量不同.涡轮作为一 少：计算结果与组织观察相符 个整体，部件之间相互制约，因而产生热应力，当应力 另一方面，根据Clyne-Davies叨判据，当合金可以 到达一定值时通过产生热裂纹来释放，即产生热裂. 得到补缩的时间长，处于热裂敏感区的时间较短的时 模拟结果表明：凝固末期，叶片处易形成应力集 候，合金的热裂倾向较小.K424在较高温度时就开始 中，并且K424的应力值明显高于K418.模拟计算中， 析出共晶，因而它的补缩期时间短，而处于热裂敏感区 只改变了合金的成分.不同的合金成分将会使得合金工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 图 6 K424 合金( a) 与 K418 合金( b) 组织特征对比 Fig． 6 Microstructures of K424 alloy ( a) and K418 alloy ( b) 图 7 K424 合金与 K418 的凝固过程 . ( a) K424; ( b) K418 Fig． 7 Solidification process: ( a) K424 alloy; ( b) K418 alloy K424 合金凝固曲线( 图 7( a) ) 表明，MC 碳化物在 较高温 度 ( 1507 ℃ ) 析 出，1234 ℃ 时 固 相 分 数 达 到 97. 1% ( 液相分数在 3% ) 时，γ'开始以 γ + γ'共晶的 形式从液相中析出． K418 合金凝固曲线( 图 7( b) ) 表 明: 在 1343 ℃ 时，合金中首先析出 γ 相; 1320 ℃ 时，当 固相分数达到 47. 8% ( 即液相分数在 52. 2% ) 时，合 金中开始析出 MC 碳化物，在计算范围内( 即液相分数 小于 0. 02% ) ，无 γ + γ'生成; 1177 ℃ 时，γ'才开始析 出． 两种合金凝固过程最大的区别在于凝固末期共晶 组织在液相中析出的情况． 采用 JMatPro 模拟元素在凝固过程中的偏析行 为，如图 8 所示． K424 合金中元素偏析严重，Al、Ti、Nb 等易偏析元素在液相中大量富集，尤其是 Al / Ti 急剧 减小，共晶数量增多; 而在 K418 合金中，MC 碳化物在 1320 ℃时析出，碳化物的析出消耗了部分易偏析元 素，尤其是 Ti 元素，液相中元素偏析减弱，共晶数量较 少; 计算结果与组织观察相符． 另一方面，根据 Clyne--Davies［17］判据，当合金可以 得到补缩的时间长，处于热裂敏感区的时间较短的时 候，合金的热裂倾向较小． K424 在较高温度时就开始 析出共晶，因而它的补缩期时间短，而处于热裂敏感区 时间较长，因而合金的热裂倾向性更大． 合金成分不同，凝固规律不同，导致凝固末过程中 元素偏析规律不同，从而形成不同的组织特点． 这些 差异将显著影响合金的热裂倾向性． K424 合金中 Al 和 Ti 元素含量较高，Al / Ti 较小，凝固末期大量元素在 枝晶间液相的偏析，促进大量 γ + γ'共晶组织的形成． 共晶相过早、过多析出使得合金处于热裂敏感区的时 间较长，热裂倾向性增大． 热裂纹产生的直接原因是凝固末期热应力，因而 采用 ProCast 软件，模拟分析不同合金在浇注涡轮时应 力分布的情况，从应力角度探讨合金的热裂倾向性． 图 9 为相同工艺参数下，K424 及 K418 合金浇注增压 涡轮时应力场分布图． 增压涡轮器结构复杂，各个部分厚薄不均，导致叶 梢、叶片根部和涡轮轴部冷却速度不同，造成各部分温 度分布不均匀，凝固时间和收缩量不同． 涡轮作为一 个整体，部件之间相互制约，因而产生热应力，当应力 到达一定值时通过产生热裂纹来释放，即产生热裂． 模拟结果表明: 凝固末期，叶片处易形成应力集 中，并且 K424 的应力值明显高于 K418． 模拟计算中， 只改变了合金的成分． 不同的合金成分将会使得合金 · 4341 ·