一种高Al钴基高温合金Laves相回溶规律分析

50宝钢技术2022年第6期
一种高A1钻基高温合金Laves相回溶规律分析
赵雅婷，马天军，田沛玉
(宝武特种冶金有限公司，上海200940)
摘要:GH6783合金是我国近年研制的第四代低膨胀钴基变形高温合金，由于合金中(A1 +Nb)含量达到8.4%,使得合金铸锭成分容易产生枝晶偏析，出现低熔点共晶相，严重制约着合金热加工性能及质量的提高。

因此，解决偏析问题对改善合金加工塑性及组织均匀非常重要，而掌握Laws相回溶规律成为消除合金Nb元素枝晶偏析首要解决的问题。

为了掌握其回溶规律，测量分析了GH6773合金钢锭Laws相的初熔点，并对其进行了探讨，以期能为后期解决GH6783合金钢锭偏析问题提供可靠的理论基础。

关键词：Laws相；偏析；回溶
中图分类号:TG142.1文献标志码：B文章编号：1008-0716(2020)06-0050-03
doi：10.3969/j.issn.1008-0716.2020.•G.009
Analysis of Laws phase dissolution in a high A1Cobalt-based superalloy
ZHAO Yating,MA Tianjun and TIAN Peiyu
(BAOWU Special MetaHuras Co.,Ltd.,Shanghai200942,China)
Abstract:GH6783Ploy is thv foorth-gev eratiod low-expansioo codalt-basey dVoonV superallop dewlopeV in China in recevt pvo.Thv At+Nb contevt of0—allop reachcs8.4%,which mavs thv allop inaot evsy to proyuco deynopo seyreyatioy ant low meltina point evtecho ppasi, which serioystp the improvemeyt of hot-woraina perfoonancy ant qudlity of the Hpp•Therefora,solvina the scvo—tion is wa impoOant te lNprovv the processina plasticite ant microstractura uniformite of the Ploy,and masterina the L pws ppasi bachWissolution law hps become the priNara solution te elimina-y the deynri-y seyreyation of the allop•In ot O ct te ozsp the law of V s dissolutiop,this pdpvr mevsures ant analyzes the initiaO meltina of Laves ppaso of GH6783inao-,and dischsses it in orOet te provine a reliante theoreticht basis fot solvina the seyreyatiop protlem of GH6773O uz
Ker worat:laves phase;seyreyatiop;bpch-dissolutiop
GH6783合金是Fe-Ni-Wo基的低膨胀高温合金，由于加入了3%的Nb和5.4%的At[1-2],使该合金在具有较低热膨胀系数的同时，也具有良好的抗氧化和抗缺口敏感性能。

但是由于铸锭合金化程度较高，成分容易产生枝晶偏析形成组织不均匀，并极易成为后续合金形变过程中应力高度集中的区域，在锻造开坯过程中往往是锻造裂
赵雅婷高级工程师1635年生2002年毕业于中南大学现从事材料研发工作电话26532696
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因此，如何减轻合金元素的偏析程度,改善合金的组织,提高合金铸锭的热加工塑性，以保证材料的高温组织和性能的稳定性是实现该合金广泛应用的一项关键技术。

1试验用料及方法
试验合金是根据用户标准，在宝武特种冶金有限公司经真空感应炉(VIM,Vacuum Inductiop Meltina)和真空自耗重熔(VAR,Vachum Arc RemeUing)双联工艺冶炼为GH6783合金妇23mm 铸锭,从钢锭偏析最显著的自耗锭冒口部取铸态试样，合金化学成分如表1所示。

赵雅婷等一种高Al钻基高温合金Laves相回溶规律分析51 Taglc5Chemical compositions of0423mm inaot of GH6753alloy%
表1GH6783合金护23mm铸锭元素的化学成分
W C W Nt w Ce W Ai W Tt W NC%B W Fv W Co
0.02225.102 2.300 5.0720.220 3.0020.60424.302余
2试验方法
试样从钢锭头部切取，首先采用光学金相法观察钢锭原始铸态组织，并通过DSC测算Laves 相初熔点，然后在其温度附近取试样保温不同时间,对比其Laves相数量和形貌的变化，以摸索Laves相回溶规律。

用光学显微镜（0M）和扫描电子显微镜（SEM）观察组织形貌，并用能谱分析仪（EDS）分别在枝晶间和枝晶干处取点测量元素含量。

通过水淬法测得合金易偏析相的初熔点温度，并根据合金初熔点温度制定几种不同的均匀化处理制度,然后通过金相对比试验结果,最终确定本合金Laves相回溶规律。

3结果及讨论
3.1铸态组织
GH6773合金铸锭的枝晶形貌如图1所示。

在较低的放大倍数下，GH6753合金的铸态组织为典型树枝状结构,枝晶干区域呈白色，枝晶间区域呈灰色。

而在较高的放大倍数下，则可见清晰的黑色岛状偏析区（图2）。

从电镜分析结果可以看出，GH6753合金铸态组织中的脆性相主要为Laves相和低熔点共晶组织。

（a）1/2半径（b）心部
图1GH6773合金1/2半径和心部枝
晶组织的金相照片
Fig.1Dendrite microstructure of the as-cast GH6753
inaot at1/2raCias and at centee
通过金相观察发现,从铸锭边缘指向中心，二次枝晶逐渐增大。

因为所用合金采用的是双真空工艺,其中真空自耗熔炼是在周围通有冷却水的结晶器中连续快速凝固的，因此靠近结晶器边缘部分冷却速度极快,通常枝晶相对细小。

同时，由于铸锭壁的激冷，使原子半径较大的NC元素来不及扩散，因此铸锭边缘区域微观偏析的程度最轻。

从铸锭边缘到铸锭中心,凝固速度不断降低,在铸锭1/2半径处，凝固速率降低,二次枝晶较发达（图1（a））；而在铸锭心部,凝固速率更低,二次枝晶变得粗大（图1（C））。

在凝固结晶前沿树枝晶长大时,原子半径大的元素固溶时需较大的畸变能（过冷度），它们均被排斥到结晶前沿的液态金属中，产生某些元素的富集现象,从而导致低熔点相和Lies相等偏析相的形成。

随着凝固时间进一步增加，NC、Al等正偏析元素有充分的时间向枝晶间区域偏聚，容易析出大量偏析相,当树枝晶充分长大、枝晶干相接时，偏析相留在枝晶间,造成枝晶间的微观偏析,且数量越来越多，体积也越来越大。

图26^783铸态合金枝晶间析出相
Fig.2InterUeadritif pNcipitatcs of th/
as-cost GH6753inaot
对心部枝晶间析出相进一步观察，如图3所示。

合金铸态组织枝晶间析出相数量较多，尺寸较大，且主要以岛状形式存在。

对其组织进行了扫描电镜分析，具体见表2。

由图3、表2可知，高倍照片岛状组织中白亮色区域富NC,且Al含量较低，为Lies相。

白亮色区域中间包围的灰色区域与正常基体成分较为接近，但NC含量高于正常基体,Al含量略低于正常基体，可见该组织为Y和Laves相的共晶组织。

Laves相共晶组织周围的棒状析出物在扫描电镜二次电子像模式下观察呈凹坑，这可能与腐蚀有关，因此该处的成分分析不准确。

50宝钢技术2020年第6期
图3GH6783合金枝晶间岛状析出相
Fig.3Interpendritic islandina precipitates of the
cs-nes-GH6783inao-
表2GH6783合金枝晶间岛状析出相能谱
TanOc0EDS spectrums of interpennritic islandina
precipitates in the as-nes-alNy%谱图W Ai W Ca W Fo W Nl W Nb 谱图1 3.36 3.3321.3628.159.08谱图2 2.85 1.4512.0011.9036.26谱图3 3.46 3.3322.5520.108.41谱图4 5.21 3.2825.4626.47 4.20谱图5 3.40 2.3621.2320.058.42
3.2Laves相溶解规律
根据以上研究可知,GH6783合金的铸态组织中的Laves相主要存在于枝晶间。

对铸锭心部试样做DSC分析,合金的DSC加热曲线见图4,在加热过程中，熔化温度范围约为1155〜1170C,存在一个明显的反应峰,温度为1165C。

图4中的反应峰1105C为合金的Laves相初熔温度计算值。

图 4GH6783合金Laves相DSC
Fig.4DSC cubv of GH6783alNy
为研究其在工业铸锭中实际熔解规律，以此温度为依据,制定了以上高温均匀化扩散退火的试验方案，对心部试样进一步做了1140、1152、1160、、H C保温2.5h后的水淬处理试验，上述处理后的组织如图5所示。

(a)1140°C(b)1150°C
.
<>*
•
H
L
(c)1160°C(d)1170°C
图5铸态GH6783合金不同温度的水淬组织Fig.5Microstmcturcs of as-nes-GH6783tNy qaenchen
a-diNeren-temperatures
在进行不同温度均匀化处理后发现，随着温度升高，枝晶间Laves相的尺寸也随着温度升高逐渐减小，在1179C条件下仍存在部分Laves 相，但是尺寸已缩小，到1190C时共晶Laves相已基本回溶，仅余少量点状及小块状Laws相残留(图5(d)),因此在钢锭进行热加工之前,消除Laves相的热处理温度宜控制在1〜1190C 之间。

4结论
(1)GH6783合金铸锭组织中偏析主要为Laves相和低熔点偏析相。

(2)GH6783合金中Laws相初熔点约为1160〜1190C。

(3)GH6783合金钢锭中Laves相的回溶随保温温度的升高,数量和尺寸逐渐减少。

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(收稿日期：2622-00-23
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