学科专业：材料加工工程

论文题目：微量元素及熔体处理对K4169高温合金组织和性能的影响

答 辩 人：介子奇

指导教师：张军 教授

时    间：2018年9月13日 下午3：00

地    点：友谊校区公字楼334室

一、学位论文简介

高温合金大型复杂薄壁铸件及其制备技术，是制造高技术装备核心部件的关键技术。由于结构减重和高可靠性的需求，以机匣为代表的高温合金铸件向尺寸大型化、结构复杂化合薄壁轻量化发展，导致铸件在充型和凝固过程中容易出现浇不足、缩松和晶粒粗大等缺陷，铸件的合格率与力学性能均不能很好地满足使用要求。在良好充型的前提下实现凝固过程和组织的控制，成为大型复杂薄壁铸件精密铸造的重大技术难题。

本文以K4169高温合金为研究对象，采用微量元素调控和熔体处理相结合的方法，重点考察了微量元素和熔体特性对合金凝固过程、组织和性能的影响，探索建立热控凝固、化学细化和熔体超温处理相结合的精密铸造新方法，优化铸造工艺，实现了铸件充型和晶粒组织的综合调控，力图为大型复杂薄壁铸件的制造提供理论和技术指导。论文的主要创新与贡献如下：

（1）设计了一种用于表征高温合金流动性的螺旋型测试模型，制定了流线长度分析方法。该模型具有尺寸小、测试范围宽和重复性好的优点。

（2）微量元素硼和锆可有效提高K4169合金的流动性，改善其铸造性能。在保证合金力学性能不降低的前提下，当K4169合金中含有59 ppm硼或420 ppm锆时，有利于在低的浇注温度条件下实现薄壁铸件良好充型。

（3）提出了低温浇注、高温充型和顺序凝固的新型热控凝固工艺，同时实现了薄壁铸件良好成型和组织控制，制备了最小壁厚为1.8mm的K4169合金特征铸件。

（4）在热控凝固过程中，添加细化剂或进行熔体超温处理，均可细化晶粒，提高合金的持久寿命。添加复合细化剂Co₃FeNb₂和CrFeNb可使铸件平均晶粒尺寸由3340 μm减小到126 μm，650℃/620MPa条件下的持久寿命达到201h。当熔体超温处理温度为1680℃时，平均晶粒尺寸细化为89μm，650℃/620MPa条件下的持久寿命可达242h。

二、攻读博士学位期间以第一作者（或导师第一）发表的与学位论文相关的学术论文

[1] Ziqi Jie, Jun Zhang, Taiwen Huang, Lin Liu, Hengzhi Fu. The influence of melt superheating treatment on the cast structure and stress rupture property of IN718C superalloy. Journal of Alloys and Compounds. 2017, 706: 76-81. （IF=3.133，SCI: 000397997300009，第四章4.1节；第六章）

[2] Ziqi Jie, Jun Zhang, Taiwen Huang, Haijun Su, Yafeng Li, Lin Liu, Wenchao Yang, Hengzhi Fu. Enhanced grain refinement and porosity control of the polycrystalline superalloy by a modified thermally-controlled solidification. Advanced Engineering Materials. 2016, 18: 1785-1791. （IF=2.319, SCI: 000385667900012, 第四章，第五章）

[3] Ziqi Jie, Jun Zhang, Taiwen Huang, Haijun Su, Yanbin Zhang, Lin Liu, Hengzhi Fu. Effects of boron and zirconium additions on the fluidity, microstructure and mechanical properties of IN718C superalloy. Journal of Materials Research. 2016, 31: 3557-3566. （IF=1.673,SCI: 000396594700008, 第三章）

[4] Ziqi Jie, Jun Zhang, Taiwen Huang, Lin Liu, Haijun Su, Yanli Shi, Hengzhi Fu. Effects of grain refinement on cast structure and tensile properties of superalloy K4169 at high pouring temperature. China Foundry. 2016, 13: 47-52. （IF=0.371,SCI: 000377041100004, 第五章 5.1节, 5.3节）

[5] Ziqi Jie, Jun Zhang, Taiwen Huang, Zhilong Zhao, Lin Liu, Hengzhi Fu. Effects of refiners on grain structures of superalloy IN718 at high pouring temperature. 8th International Symposium on Superalloy 718 and Derivatives. Pittsburgh, PA, 2014: 193-202. （EI: 20150800557994, 五章 5.1节）