电磁搅拌作用下立式连铸高温合金凝固与力学行为的基础研究

高温合金板坯连铸制备技术具有高效节能、批量化、大断面等特点，应用前景广阔。但目前该技术只为少数发达国家所掌握，对外技术封锁。即使引进了国外设备，也没有工艺技术支撑。连铸过程中施加电磁搅拌控制成分偏析和裂纹形成，是解决高温合金连铸的关键技术。本申请项目皆在通过立式电磁连铸下高温合金凝固组织和力学行为的基础研究，建立电磁搅拌作用下高温合金立式连铸过程的流场、温度场（凝固）与应力场等多场耦合数值计算模型。揭示和掌握立式电磁连铸条件下高温合金的凝固规律和力学行为，以及电磁搅拌的作用机制，并为不同高温合金钢种的大板坯立式连铸生产工艺的制定和完善提供可靠的技术参数，开发具有我国特色的高温合金连铸新方法和新工艺，丰富和发展连铸理论，形成我国具有自主知识产权的创新技术，突破发达国家在该领域的技术垄断，为满足我国航天、航空、能源、化工等工业领域对特种金属材料及其制备技术的需求提供理论基础和关键技术支撑。

本项目以Incoloy800，Incoloy 825、Inconel 625、GH3030和Ni36等多种变形高温合金为研究对象，全面开展计划中的研究工作，重点开展高温合金热物性参数、电磁搅拌下高温合金立式连铸过程的多场耦合数值计算、电磁搅拌下高温合金立式连铸拉坯实验、电磁搅拌下高温合金连铸凝固力学行为与机理研究。测试了GH3030、Incoloy800和Ni36合金的高温热物性参数，为数值计算和工艺实验提供基础数据支持。在大板坯高温合金立式电磁连铸多场耦合数值计算方面，针对Incoloy800 高温合金连铸过程中建立凝固、传热、应力分析耦合三维非稳态有限元模型的基础上，进行了凝固、传热和应力模型的数值计算分析，分析判断了合金裂纹倾向。提出对于高温合金，有必要采用弱冷方式，合理匹配拉速与冷却强度，以降低裂纹倾向。研究了电磁搅拌作用下Incoloy800 Incoloy 825、Inconel 625、GH3030和Ni36等高温合金凝固组织演变规律，依据枝晶形态演变分析了电磁搅拌作用下高温合金的凝固规律，揭示了电磁搅拌对晶粒尺度、碳化物分布、元素偏析等影响规律。研究了不同电流强度、电磁搅拌频率对合金凝固组织特性的影响规律，提出高温合金连铸生产的合理电磁搅拌参数。利用东北大学立式电磁连铸机开展了Incoloy800 高温合金立式电磁连铸拉坯实验，制备出Incoloy800高温合金连铸坯。研究结果表明，电磁搅拌能够起到有效消除铸坯柱状晶穿晶结构，提高铸坯等轴晶比率的作用。但是，影响高温合金连铸坯质量的因素是多方面，电磁搅拌技术需要与其他连铸工艺参数合理配合，以获得质量优良的高温合金连铸坯。