K417（K417G）镍基铸造高温合金

K417高温合金是一种镍基铸造高温合金，专为航空发动机涡轮叶片和其他部件设计[[1]，[2]，[3]]。涡轮叶片同时受到空气动力、空气和气体产生的热应力和振动应力以及自身重量产生的离心力的影响[4]。因此，K417高温合金需要具有较高的比强度，在高温或低温下具有优异的机械性能，以及耐腐蚀和抗氧化性能。成分设计和显微组织控制是提高高温合金性能的重要措施。一方面，镍基高温合金含有许多合金元素，如Re，可用于γ和有序γ'沉淀物的固溶强化[5]，提高偏离水平[2]，促进相变[6]。另一方面，它含有较少的杂质元素，如O、N和S，可以形成较少的有害相，减少非金属夹杂物[2,7]，并形成细小的枝晶晶体[8]。

虽然K417高温合金在许多领域具有巨大的应用潜力，但由于加工方法有限，高温合金的生产成本较高，生产良率通常较低。S. Niu等[9]利用电子束技术（EBT）研究了合金元素色散对K417镍基高温合金γ相和硬度的影响，其中真空度保持在2-5 × 1 0−2Pa，并发现重熔后Cr、Ti和Mo分离明显。目前，几乎所有的镍基高温合金均采用配备氧化物坩埚的VIM法熔炼，该方法具有较强的电磁搅拌能力，能保持较高的过热温度（150–200°C），有利于消除组分偏析，获得高冶金质量的K417高温合金[[10]，[11]，[12]]。

VIM的坩埚材料选择仍然是一个关键问题。在1600°C以上的高温下，镍基高温合金会对耐火材料产生物理和化学影响[13,14]。因此，很难为K417高温合金的熔炼选择合适的耐火材料。

一方面，合金可能通过表面的毛细管渗透到陶瓷壁中[15]。坩埚中的有害微量元素（如O、S）容易进入合金熔体，导致K417高温合金的力学性能降低[16]。另一方面，活性元素很容易被氧化以吸收坩埚中的O原子，并且合金熔体因在界面[[17]，[18]，[19]，[20]]处形成新化合物而变质。因此，了解如何控制界面具有重要意义。

近几十年来，对镍基铸造高温合金与陶瓷氧化物（如Y2O3、硅氧烷2、CaO、ZrO2铝2O3），普通氧化物耐火材料的热力学稳定性可按以下顺序描述：Y2O3> CaO > ZrO2> Al2O3> MgO[24]。

真空度是熔炼过程中获得高冶金质量合金锭的另一个关键问题。在较差的真空度下，合金容易吸收残留气体污染（例如O），导致K417高温合金的机械性能降低。X. Gao等[25]发现，活性元素（Al和Ti）和坩埚材料（Al2O3和 MgO）影响了 2 kg 真空感应炉中高温合金FGH4096形成的非金属夹杂物。W.D， Bian等[26]发现，高真空条件显著加速了K417高温合金的脱氧和脱氮，合金中的O和N分别从34 ppm降至9 ppm和43 ppm–4 ppm，真空度从100Pa提高到0.035Pa。因此，研究真空度对合金熔体与Y界面反应的影响具有重要意义2O3K417高温合金微观结构上的坩埚。

在这项工作中，VIM使用Y2O3四种不同真空度的坩埚。系统研究了界面相互作用对K417高温合金成分、微观结构和微偏析的影响，并在动力学和热力学的基础上讨论了界面机理。

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