1基于嵌入式系统的工艺控制方案
Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金的精密铸造工艺流程如图1所示。在精密铸造工艺控制过程中，浇注温度、保压时间以及保压压力是影响镍基合金精密铸造质量的主要工艺参数。为了更好地控制精密铸造工艺，获得力学性能和耐腐蚀性能均较佳的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金，本文采用基于嵌入式系统的精密铸造工艺控制方法。精密铸造工艺控制的嵌入式系统结构框图如图2所示。控制系统由冷压成型和真空烧结两个子系统构成。该控制系统通过多种传感器实时检测精密铸造过程中的各项信息，输送给嵌入式操作系统硬件平台进行基本处理，再利用MODBUS通讯协议，通过RS232C/RS485转换模块实现实时数据在上位机监控软件与将操作系统硬件平台间的传输。上位机监控软件由嵌入式MCGS(Monitorandcontrolgeneratedsystem)组态软件编制而成，主要用于实时动态显示精密铸造过程的状态参数。试验人员可通过触摸屏操作，快捷地对固态烧结过程进行有效控制和管理。
2试验材料与方法
2.1试验材料
试验选用雾化制粉法制备Ni、Cr、Mo、Nb和V金属粉末，采用LS13320激光粒度仪进行粉末原料粒径分析，结果如表1所示。按照图1、2所示的精密铸造工艺流程及其控制系统，在QM-1SP4型行星式球磨机、QYF2型冷压成型机、HV-1700V型真空烧结炉中完成基于嵌入式系统的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金精密铸造试样制备；并采用DM2300型能量弥散X射线荧光分析仪进行化学成分分析。
2.2试验方法
基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金试样，其显微组织采用PG-15型金相显微镜和EM3900型扫描电子显微镜进行观察。物相组成采用D8ADVANCE型X射线衍射仪进行分析，靶材选Cu靶、扫描角度0°～80°、扫描速度3°/min、加速电压40kV。力学性能采用CMT4000型电子万能试验机进行测试，测试温度为室温、200℃和600℃，并采用JSM6510型扫描电子显微镜进行断口观察。耐腐蚀性能采用CHI660E型电化学工作站进行测试，试验选用三电极体系(即甘汞电极作参比电极、铂黑电极作辅助电极、合金试样制备的电极作工作电极)；测试温度为室温、电解液为5wt%NaCl溶液、扫描速度为0.001V/s、扫描范围为-0.4～-0.9V，并采用JSM6510型扫描电镜进行电化学腐蚀形貌的观察；为了清除试样表面的氧化物，测试前先在-1.0V恒电位下极化3min。采用常规精密铸造工艺制备同样的试样。
3试验结果及讨论
3.1显微组织
基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金试样，其显微组织金相照片和SEM照片分别如图3所示。从图可以看出，本试验获得的镍基精密铸造试样组织较为致密、晶粒大小较为均匀、无明显粗大的第二相、无明显的裂纹、孔洞等缺陷。这主要是因为基于嵌入式系统的精密铸造工艺控制方法，使得镍基合金在精密铸造过程中的各项工艺参数得到了精确的控制，从而使得制备出的合金试样具有致密、均匀的内部组织，合金试样的精密铸造质量高。
3.2物相组成
基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金金试样的XRD图谱如图4所示。从图可以看出，本试验获得的精密铸造试样由大量的Ni基固溶体和少量的Ni3Mo第二相组成。
3.3力学性能
基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金，分别在室温、200℃和600℃的力学性能如图5所示。从图可以看出，室温、200℃和600℃抗拉强度分别为759、757、753MPa，伸长率分别为19.8%、23.4%、29.4%。由此可以看出，基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备得到的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金具有较佳的力学性能，且高温力学性能优异。这主要是因为合金的精密铸造工艺通过嵌入式系统进行控制，重要工艺参数得到了精确控制，试样的组织致密且均匀，无粗大的第二相，从而使得合金在拉伸过程中具有良好的力学性能，且能抵抗高温变形，具有较佳的高温力学性能。基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金试样，其室温拉伸断口形貌SEM照片如图6所示。从图可以看出，该精密铸造试样的拉伸断口以韧窝为主，且韧窝在断口中大面积地呈网状相连，呈现出较为明显的韧性断裂特征。
3.4耐腐蚀性能
采用常规精密铸造工艺以及基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金的极化曲线测试结果如图7所示。从图可以看出，与常规精密铸造工艺相比，基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备的镍基合金腐蚀电位明显正移，从-0.711V正移至-0.392V，正移了0.319V。众所周知，腐蚀电位愈正，材料的耐腐蚀性能越好；反之越差。由此，我们可以看出，基于嵌入式系统的精密铸造工艺，使镍基合金的耐腐蚀性能得到了显著提高。图8是采用常规精密铸造工艺以及基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的镍基合金试样电化学腐蚀后的表面形貌照片。从图可以看出，常规精密铸造工艺制备的镍基合金电化学腐蚀后表面出现较多粗大的蚀坑、合金腐蚀现象较为严重，而基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备的合金表面仅有少量的蚀点、无明显的蚀坑，腐蚀现象较轻，耐腐蚀性能得到提高。这与合金试样的极化曲线测试结果一致。
4结论
(1)采用基于嵌入式系统的精密铸造工艺可以制备出组织致密、晶粒大小均匀、无明显粗大第二相的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金，其力学性能和耐腐蚀性能较佳。(2)基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备出的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金由大量的Ni基固溶体和少量的Ni3Mo第二相组成。(3)基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备的Ni-20Cr-8Mo-0.5Nb-0.5V镍基合金的室温、200℃和600℃抗拉强度分别为759、757、753MPa，伸长率分别为19.8%、23.4%、29.4%。(4)与常规精密铸造工艺相比，基于嵌入式系统的精密铸造工艺制备的镍基合金腐蚀电位从-0.711V正移至-0.392V，正移了0.319V。
作者：李军 单位：陕西邮电职业技术学院
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