FGH96粉末高温合金是高性能航空发动机涡轮盘的首选材料,对非金属夹杂物的要求很高。夹杂物主要来源于母合金的制备过程。本论文研究了FGH96粉末高温合金母合金熔炼制备过程中夹杂物的形成机理和控制方法,并成功制备出纯净的母合金。主要内容包括以下几个方面:(1)研究了真空感应熔炼时坩埚材质(MgO、Al2O3和MgO-Spinel)和活泼元素(A1和Ti)加入顺序对夹杂物的影响。采用MgO坩埚时,合金液中的Al与坩埚发生化学反应,夹杂物为近球状MgO-Al2O3,数量较少、尺寸较小;坩埚内壁形成连续的致密的MgAl2O4层,能够有效阻止化学反应和合金液对坩埚的物理侵蚀。采用Al2O3坩埚时,夹杂物为较大尺寸的Al2O3;坩埚内壁物理侵蚀严重。采用MgO-Spinel坩埚时,化学反应和坩埚侵蚀程度居中。活泼元素加入顺序对夹杂物尺寸和形貌影响较大。最佳工艺路线为先加入Ti后加入Al。先加入Ti时,夹杂物为细小圆形TiOx,平均尺寸小于1μm;然后加入Al,夹杂物转变为Al2O3。在真空感应熔炼铸锭中,氮化物数量最多(占80.6%),尺寸范围为1～5μm。氧化物数量较少,尺寸范围为1～25.5μm。(2)研究了电渣重熔时环境气氛和渣料成分对夹杂物的影响。真空气氛可以避免空气对电极的氧化和氮化,并且抑止O2和N2扩散进入渣池和合金熔池,从而控制夹杂物特别是氮化物的数量。渣料中加入稀土氧化物CeO2可以降低氧化物数量,并且改变其成分。当CeO2加入量为1.0wt.%时,夹杂物转变为Al2O3-MgO-Ce2O3;当CeO2加入量为3.0～10.0wt.%时,夹杂物转变为Al2O3-Ce2O3。最佳的CeO2加入量为3.0wt.%。采用真空感应熔炼+真空电渣重熔+真空感应重熔(雾化制粉前)的工艺路线,实现了非金属夹杂的有效去除,制备出纯净的FGH96粉末高温合金母合金。经过大样电解分析,母合金中非金属夹杂物含量仅0.399mg/kg。(3)采用磁悬浮熔炼技术研究了夹杂物的碰撞、聚集和上浮机理。磁悬浮熔炼促进夹杂物的聚集和上浮。在水冷铜坩埚中直接冷却时,夹杂物团簇数量较多,尺寸较大。浇注至钢模后,夹杂物团簇的数量减少、尺寸变小。采用高温共聚焦激光扫描显微镜在线观察了氧化物和氮化物的溶解和析出行为。氧化物在熔炼过程中稳定存在,并且发生碰撞和聚集。氮化物在熔化过程中发生分解,在冷却和凝固过程中析出。(4)研究了夹杂物对FGH96合金疲劳裂纹扩展速率的影响。夹杂物含量越低,疲劳裂纹扩展速率越小。当合金中氮含量高于12ppm时,在疲劳试样横截面的主裂纹和二次裂纹及其附近存在较多夹杂物。为了得到低的疲劳裂纹扩展速率,需将氮含量控制在12ppm以下。