稀土Ce在Monel400合金真空熔炼中的作用研究

Monel400是一种Ni-Cu型镍基耐蚀合金，它对卤族元素及其化合物、非氧化性酸、碱、盐等具有很好的抗腐蚀性能，也能承受氢氟酸、醋酸、还原性无机酸、有机酸等介质的腐蚀。Monel400虽然具有很多优点，但在铸造生产中困难很大，主要特点为：易吸气，铸件易产生气孔缺陷。体收缩大，易造成缩孔、缩松。流动性差，易出现枝晶偏析。稀土常被称作是金属材料的“维生素”，已经在很多材料中加以应用。但是稀土在镍及其合金中的应用尚不够广泛，因此，有必要对稀土在镍及其合金中的作用和应用进行探索。

原材料选用：电解镍、电解铜、金属锰、结晶硅、硅钙、金属铝、还原铁棒、稀土Ce。所选原材料符合原料标准规定。使用设备为ZG-0.025型25kg真空感应炉，采用石墨坩埚。

根据配料单备料，装料前复称大小料。装料时下紧上松，难熔金属装在中下部。装料结束后进行抽真空、加热，熔化过程随时注意观察，防止“架桥”。

精炼时间控制在10～15min。全熔后加入剩余的碳进行脱氧。当熔池表面平静无气泡冒出时，分批加入合金小料。出钢前2～3min加入稀土Ce，停炉、出钢、准备浇注。

浇注条件为真空且采用带电浇注。当浇注至冒口线时，细流充填，并立即充气破真空。浇注结束后立即拉开炉体，及时加入发热剂。试验结果如下：

（1）未加入稀土Ce时合金中碳含量超出国家标准，其他化学成分均符合标准规定。加入不同含量的稀土Ce时，O含量降幅达83.51%，S含量降幅达42.86%，P含量降幅达88.04%，C含量降幅达72.04%。即稀土在Monel合金的熔炼过程中起到了吸氢、脱氧、脱硫和除气的目的。

（2）加入0.10wt%～0.20wt%Ce时，随着Ce含量的增加，合金枝晶组织逐渐细化，Ce含量达到0.20wt%时，枝晶组织细化效果最明显。

（3）加入不同含量的Ce时晶粒度明显细化，且组织越来越均匀，在不同试样的同一个部位，组织由柱状晶和等轴晶逐渐过渡到全部为均匀细小的等轴晶。

（4）在Monel400的熔炼过程中存在的主要夹杂物有MgO、CaO、Al2O3、TiN、CeO以及它们的复合夹杂物。未加入稀土时夹杂物种类较多，夹杂物尺寸在20μm左右，有些尺寸高达30μm。加入不同含量的稀土Ce时，夹杂物尺寸大幅度减小，当加入0.20wt%Ce时夹杂物的尺寸均在2μm以下。加入不同含量的稀土时夹杂物形态有较大的变化，某些呈条状、片状甚至块状的杂质转变成小点状或小球状。