摘要：通过采用超纯化冶炼技术处理了DZ125L合金返回料，并与全新料DZ125L合金的力学性能进行比较。研究发现返回料的力学性能水平与新料相当，铸造叶片成品率也与新料相当，返回料的再次利用大幅度降低了材料损耗率，提高了原材料利用成本。
关键词：高温合金;涡轮叶片;返回料;力学性能;铸造工艺
1前言
高温合金可用于制备航空发动机涡轮叶片、舰船发动机涡轮叶片、汽车发动涡轮叶片，其属于国家战略资源，制备涡轮叶片通常采用精密熔模铸造的方式，叶片再铸造过程中材料的利用率较低[1～6]。为了进一步提高材料的利用率，对于高温合金的返回料的在利用研究近年来成为行业内的热点之一，众多学者开展了DZ125、K414、DZ4、K4002、K4169等合金的返回料研究工作[7～14]。DZ125L合金作为具有自主知识产权的第一代定向凝固高温合金，其具有良好力学性能、物理性能和铸造工艺性能，该合金被用于生产航空发动机涡轮空心叶片[15～19]。叶片的整体原材料利用约为10%，其余90%材料均被当作返回料处理，大大浪费了资源。目前为止对于DZ125L返回料的研究工作未见报道，本文将对DZ125L合金返回料开展相应研究工作。
2试验材料和方法
试验采用真空感应熔炼制备DZ125L全新料合金锭，采用超纯冶炼技术制备DZ125L返回料合金锭，合金锭直径80mm，长度700mm。利用化学分析合金锭成份，利用光学显微镜和扫描电子显微镜研究微观组织，利用定向凝固设备制备定向凝固试棒，按照国标测定定向凝固试棒的力学性能。采用返回料和新料进行同批次模壳叶片浇铸试验。
3试验结果及讨论
表1为DZ125L合金全新料和返回料合金锭的化学分析成份。全新料和返回料在合金主元素两者区别不大，但合金中微量元素含量差别较大，全新料中的O、N、S、P含量更低。采用纯净化冶炼工艺可以将DZ125L母合金返回料中O、N、S、P之和可以控制在100ppm以内。
图1为DZ125L合金锭中的显微疏松形貌。从图1中可见，DZ125L合金中的疏松倾向高于全新料中的疏松含量，疏松一是来自最终凝固的无补给液态金属的体积收缩，另一方面是来自溶入金属中的气体在凝固降温过程中溶解度下降导致过饱和逸出形成的气泡残留于固态金属中，合金中的O、N等气体杂质的增多无疑是造成合金中疏松增多的原因之一。
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图2为DZ125L合金的微观组织形貌。从图2中可见，返回料合金中的(γ+γ′)共晶组织明显多于新料合金，合金中(γ+γ′)共晶数量多少主要与合金中的Al、Ti、Ta含量有关，从表1中合金锭的化学分析数据可见，返回料中的(Al+Ti+Ta)之和略高于新料合金。返回料合金锭与全新料合金锭中的碳化物形貌均为MC型碳化物的典型形貌，从微观组织形貌中也可以看出，返回料中的疏松明显多新料合金中。
表2和表3为DZ125L合金返回料和全新料定向凝固试棒的拉伸性能和持久性能。比较返回料和全新料合金的力学性能水平相当，虽然两种合金中的氧氮硫磷差别较大，但对合金定向凝固试棒的力学性能影响不大。
在叶片生产单位进行了整批次84片为1批次的叶片浇铸试验，经过铸造毛坯工序检测返回料和全新料的叶片的成品率均为60%以上。以上研究结果表明采用超纯冶炼工艺处理DZ125L合金叶片返回料后，返回料合金的力学性能水平和叶片铸造成品率与新料相当，这为返回料的真正应用奠定了良好基础。
4结论
DZ125L合金返回料合金中的氧氮硫磷含量高于全新料合金中的含量，导致返回料中的疏松倾向增加，但对合金的力学性能和叶片铸造成品率没有影响。——论文作者：刘恩泽1*，刘晓飞2，郭金花3，沈卓4，宁礼奎2，佟健2，谭政2，李海英2，郑志2
