D0I:10.13374/1.issm100103.2008.07.037 第30卷第7期 北京科技大学学报 Vol.30 No.7 2008年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2008 冷却速度对Waspaloy合金凝固过程中偏析和液体 密度的影响 仲博颖)王玲1.)张麦仓)董建新) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)南京信息工程大学数理学院，南京210044 摘要通过不同冷速下的重熔凝固实验，利用扫描电镜和能谱仪系统研究了冷速变化对Waspaloy合金凝固过程偏析行为 和液体密度的影响.结果表明：随着冷速的增大，Waspaloy合金中元素的偏析会减小，凝固过程中偏析最严重的是富集于枝晶 间的正偏析元素T:元素偏析导致剩余液体的密度发生变化，而且液体密度基本上呈现反转趋势，当凝固温度到1300℃时， 出现最大的密度反转· 关键词Waspaloy合金；凝固组织；冷速：凝固偏析；液体密度 分类号TG132.3 Effect of cooling rate on the segregation and liquid density of Waspaloy alloy dur- ing solidification process ZHONG Boying.WANG Ling2).ZHA NG Maicang),DONG Jianxin 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)College of Math and Physics.Nanjing University of Information Science and Technology.Nanjing 210044.China ABSTRACT Remelting tests at different cooling rates for Waspaloy alloy were performed and the effect of cooling rate on the segre- gation behavior and the liquid density of Waspaloy alloy during solidification process was systematically investigated by SEM and EDAX.The results show that the element segregation decreases with increasing cooling rate and Ti segregation is the most serious during solidification which is a positive segregation element and congregates in interdendritic area.The liquid density exhibits an in- version trend due to the element segregation.The maximum liquid density inversion occurs near the solidification temperature of 1300℃. KEY WORDS Waspaloy alloy:solidification structure:cooling rate:solidification segregation:liquid density Waspaloy合金是美国Pratt Whitney公司20世 显的，成分不均匀造成组织上的差别，可导致冲击韧 纪50年代发展起来的Y相沉淀硬化型镍基高温合 性和塑性下降，增加铸件的热裂倾向，有时还使铸件 金，主要用于温度超出675℃时和最高温度在760℃ 难于加工，随着航空和地面燃机的迅猛发展，对涡 时需达至超蠕变的情况，Waspaloy是涡轮部件、锻 轮盘的尺寸提出了更大化的要求，相应的合金锭型 模紧固件和钢模锻造等的理想材料，它具有良好的 也趋于明显增大，锭型越大偏析情况也更严重，因 高温抗氧化性能和工艺塑性，广泛应用于航空发动此对Waspaloy合金凝固过程中的偏析进行研究十 机和动力机械中涡轮盘和涡轮叶片的制造】， 分必要且日益紧迫，目前关于Waspaloy合金凝固 Waspaloy合金化程度比较高，含有较高的Mo、Ti和 过程偏析的报道很少，本文通过不同冷速下的重熔 A1等合金元素，因此在凝固过程中不可避免的会产 凝固实验，利用扫描电镜和能谱仪系统研究了冷速 生微观偏析，微观偏析对铸件力学性能的影响是明 变化对Waspaloy合金凝固过程偏析行为的影响，为 收稿日期：2007-05-19修回日期：2007-07-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。-50371006) 作者简介：仲博颖(1981一)，女，硕士研究生；张麦仓(1967一)，男，副教授，博士，Emal:hw1@126.com冷却速度对 Waspaloy 合金凝固过程中偏析和液体 密度的影响 仲博颖1） 王 玲1‚2） 张麦仓1） 董建新1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 南京信息工程大学数理学院‚南京210044 摘 要 通过不同冷速下的重熔凝固实验‚利用扫描电镜和能谱仪系统研究了冷速变化对 Waspaloy 合金凝固过程偏析行为 和液体密度的影响．结果表明：随着冷速的增大‚Waspaloy 合金中元素的偏析会减小‚凝固过程中偏析最严重的是富集于枝晶 间的正偏析元素 Ti；元素偏析导致剩余液体的密度发生变化‚而且液体密度基本上呈现反转趋势‚当凝固温度到1300℃时‚ 出现最大的密度反转． 关键词 Waspaloy 合金；凝固组织；冷速；凝固偏析；液体密度 分类号 TG132∙3 Effect of cooling rate on the segregation and liquid density of Waspaloy alloy dur￾ing solidification process ZHONG Boying 1）‚W A NG Ling 1‚2）‚ZHA NG Maicang 1）‚DONG Jianxin 1） 1） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） College of Math and Physics‚Nanjing University of Information Science and Technology‚Nanjing210044‚China ABSTRACT Remelting tests at different cooling rates for Waspaloy alloy were performed and the effect of cooling rate on the segre￾gation behavior and the liquid density of Waspaloy alloy during solidification process was systematically investigated by SEM and EDAX．T he results show that the element segregation decreases with increasing cooling rate and Ti segregation is the most serious during solidification which is a positive segregation element and congregates in interdendritic area．T he liquid density exhibits an in￾version trend due to the element segregation．T he maximum liquid density inversion occurs near the solidification temperature of 1300℃． KEY WORDS Waspaloy alloy；solidification structure；cooling rate；solidification segregation；liquid density 收稿日期：2007-05-19 修回日期：2007-07-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50371006） 作者简介：仲博颖（1981—）‚女‚硕士研究生；张麦仓（1967—）‚男‚副教授‚博士‚E-mail：sjzhwl＠126．com Waspaloy 合金是美国 Pratt Whitney 公司20世 纪50年代发展起来的 γ′相沉淀硬化型镍基高温合 金‚主要用于温度超出675℃时和最高温度在760℃ 时需达至超蠕变的情况．Waspaloy 是涡轮部件、锻 模紧固件和钢模锻造等的理想材料．它具有良好的 高温抗氧化性能和工艺塑性‚广泛应用于航空发动 机和动力机械中涡轮盘和涡轮叶片的制造［1—3］． Waspaloy 合金化程度比较高‚含有较高的 Mo、Ti 和 Al 等合金元素‚因此在凝固过程中不可避免的会产 生微观偏析．微观偏析对铸件力学性能的影响是明 显的‚成分不均匀造成组织上的差别‚可导致冲击韧 性和塑性下降‚增加铸件的热裂倾向‚有时还使铸件 难于加工．随着航空和地面燃机的迅猛发展‚对涡 轮盘的尺寸提出了更大化的要求‚相应的合金锭型 也趋于明显增大‚锭型越大偏析情况也更严重．因 此对 Waspaloy 合金凝固过程中的偏析进行研究十 分必要且日益紧迫．目前关于 Waspaloy 合金凝固 过程偏析的报道很少‚本文通过不同冷速下的重熔 凝固实验‚利用扫描电镜和能谱仪系统研究了冷速 变化对 Waspaloy 合金凝固过程偏析行为的影响‚为 第30卷 第7期 2008年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．7 Jul．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．07．037