图4 不同电磁场强度下EMS- LSFed Inconel 718高温合金样品中Laves相的形态和分布 。 (a) 0 mT; (b) 30 mT; (c) 50 mT; (d) 80 mT 。
当磁场强度为30、50和80 mT时 ， Laves相体积分数由未施加EMS时的5.49%变化为4.69%、2.23%和2.39% ， 同时Laves相体积分数的降低意味着更多的合金元素分布在枝晶臂中 。 EDS分析显示 ， 随着电磁场强度的增加 ， Nb和Ti在内枝晶区含量增加 ， 这两种元素是γ″和γ′析出强化相形成的最重要元素 ， 如图5所示 。 而Mo和Mn的含量略有下降 ， Al的含量不受影响 。 对应于Nb的增加和Ti innerdendrite领域的内容他们的内容interdendritric地区减少导致更少的Nb和Ti的共晶反应剩余物和γ阶段因此导致洗涤阶段的数量减少以及形态学的改变 。
图5 不同电磁场强度下制备的LSFed Inconel 718高温合金试样的显微组织 。 (a) 0 mT; (b) 30 mT; (c) 50 mT; (d) 80 mT 。
３．２． LSFedInconel 718高温合金试样的残余应力和显微硬度
对EMS制备的LSFed Inconel 718高温合金试样的残余应力进行了测量 ， 结果如图5所示 。 在没有EMS的情况下 ， 两道道焊道重叠区域的残余应力绝对值高达500 MPa ， 远高于内道焊区的残余应力绝对值 。 随着电磁场强度的增加 ， 重叠区域的残余应力增加速度相对较慢 ， 内道区域的残余应力增加速度较快 。 如电磁场强度为50 mT时 ， 前者为450 MPa ， 后者为300 MPa ， 这两个区域的残余应力差相应减小 。 同时 ， 不添加EMS时 ， N + 1孔道的残余应力小于N孔道的残余应力 ， 如图5a所示 。 这意味着低密度凝固过程中的热积累会影响组织的均匀性 。 加入EMS后 ， 这种趋势减弱 ， 如图5b所示 。 进一步提高电磁场强度50 c太如图5所示通过N + 1的残余应力是略高于通过N还应该指出样品的平均残余应力水平与EMS沉积高于样本没有EMS沉积 。 当磁场强度为0 ~ 80 mT时 ， 沉积试样的平均残余应力分别为223、270、330和358 MPa 。
电磁场对液态金属的搅动也会影响温度场 ， 进而影响沉积态样品的残余应力分布 。 因为搅拌和液态金属的流动整个熔池的温度很容易和快速得到重新分配和温度梯度的液体和固体界面将会扩大导致快速凝固速度和较高的残余应力在内部通过地区 。 同时 ， 两道道交叠区域的热循环也发生了变化 ， 冷却速率降低 ， 导致该区域的残余应力减小 ， 两道道交叠区域的残余应力差异变小 。 磁场强度越大 ， 搅拌效果越强 ， 两者的差值越小 。
至于不同样本的平均残余应力值它可以看到两个相邻的重叠区域的残余应力传递接近不同的样本而每个传递的内部地区平均值增加随着电磁场强度的增加 。 这表明 ， EMS显著提高了孔道内区域的残余应力水平 ， 但对相邻孔道重叠区域的影响不显著 。 众所周知 ， 电磁场只能通过剧烈的搅拌来影响熔池中的液态金属 ， 从而实现液态金属的剧烈对流 ， 从而使熔池中的温度场和合金元素分布发生相应的变化 。 而相邻孔道交叠区域则经历了双重淬火过程 ， 这一过程几乎不受电磁场的影响 。
图6也显示了EMS对LSFedInconel 718高温合金试样显微硬度的影响 。 各试样的硬度随电磁场强度的增加而增加 。 当磁场强度为0、30、50和80 mT时 ， 试样的平均硬度值分别为277、290、326和328 HV 。 材料的硬度与其显微组织有关 。 Laves相在Inconel 718高温合金中是一种硬脆相 ， 该相的存在可以提高材料的硬度 。 然而 ， Laves相的形成消耗了大量的均一元素 ， 如Nb和Ti ， 这不利于γ基体的强化 。 在沉积状态下 ， γ枝晶主要通过合金元素的固溶强化得到强化 。 如图3所示 ， EMS降低了Laves相的尺寸和数量 ， 使得更多的合金元素分布在γ枝晶中 ， 从而提高了γ基体的硬度 。
图6 不同电磁场强度下制备的LSFed Inconel 718高温合金试样的残余应力测量结果 。 (a) 0 mT; (b) 30 mT; (c) 50 mT; (d) 80 mT 。
3．3． LSFedInconel 718高温合金的再结晶组织
LSFedInconel 718高温合金残余应力分布的改变会影响热处理后组织的演变 。 图7为热处理后不同电磁场强度的LSFedInconel 718高温合金试样的显微组织 ， 图8为不同尺寸范围的晶粒尺寸统计数据 。 如图7所示 ， 热处理后样品均发生了静态再结晶 ， 晶粒较沉积态晶粒细化 。 在30 ~ 80 mT的电磁场强度范围内 ， 晶粒结构明显变细 ， 但在80 mT的电磁场强度较大时 ， 也会形成一些较大尺寸的晶粒 。 如图8所示 ， 再结晶样品中存在较多粒径大于350 μm的晶粒 。
图7 不同电磁场强度热处理后的LSFed Inconel 718高温合金试样的显微组织 。 (a) 0 mT; (b) 30 mT; (c) 50 mT; (d) 80 mT 。
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