定向凝固DZ125合金的溶质分配系数及偏析行为的研究

* 国家 自然 科学基金项 目 50 8 27 10 2 , 国家重点基础研究发展计划项 目 2 0 10 C B 63 12 0 2 和凝固技术国家重点实验室 自主课题项 目 2 8一 P 一 09 资助 T 20 收到初稿 日期 : 2 0 0一 一 , 收到修改稿 日期 : 2 0 0一 8一 3 1 6 0 28 1 0 0 作者简介 : 闺志先, 男, 198 4 年 生, 博士 生
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闭志先 沈 军 冯周荣 王灵水 刘 林 傅恒志
(西北工业大学凝 固技术 国家重点实验室, 西安 710072)
摘 要 采用定向凝固技术结合液淬法对 D 2 25 合金平界面和枝晶生长条件下溶质的偏析行为进行了研究, 通过 E P M A 定量 1
测定 甲 基体中各元 素的溶质含量和淬火平界面两侧固相和液相 中的溶质含量 , 分别获得 了溶质再分配后固相中的溶质分布状态及 溶质分配系数. 结果表 明, 平界面生长条件下, 液相中的熔体流动使溶质再分布始终处于非稳态. A l, T i, T a f 和 C "元素的溶质分配系数大于 1 , 溶质分布状态满足 5 ch e l 模型. 枝 晶与平界 面生长的溶质偏析 ; i 行为基本一致 , 然而 , 固相 反扩散显著降低 了枝晶生长过程 中的溶质偏析 .
长的溶质偏析行为, 即在试样纵截面上, 从凝 固初始界面 开始, 对不同凝 固分数处 甲相中的溶质含量测量若干个 点, 取其平均值, 如图 1 a 所示. 溶质分配系数则通过垂
直于淬火界面进行点扫描获得, 在距离固/液界面两侧小 于 1 拜 处分别定量测定固/液界面两侧 固相 中的溶质含 m 量 (c雪 和液相中的溶质含量 (c犷 并在固/液界面前沿 ) ), 2 mm 处测定液相 中的平均溶质含量 (cl), 加速 电压
关键词 镍基高温合金, 溶质分配系数, 偏析, 定向凝固
中图法分类号
T G 142
文献标识码
A
文章编号
0412一1961(2010)12一1543一 06
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第 46 卷 20 10 年 12 月
第1 期 2 第 1543一 1548 页
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定向凝固 D z 12 合金 的溶质分配 系数 及偏析行为 的研 究 * 5
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第 46 卷
偏析行为决定 犷凝 固组织形态 ! 相分布和组织均一 性, 进而影响到材料的性能 [- 平衡凝 固过程中溶质分 ].
义平界面生长条件下, 测量位置距离初熔界面的长度与完
全凝固后试样的总长度的比值为凝固分数 (f ). s
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线切割获得试样纵向和横 向截面, 经过打磨 !抛光后,
采用 Jx A 一 8100 型 E P M A , 由点 阵法定 量测定平 界 面生
配系数为固/液界面两侧固相溶质含量 (c " 与液相溶质 ) 含量 (c ) 的比值, 即 无 一 c /cl. 当 无< 1 时, 溶质富 l s
集于液相, 反之则富集于 固相. 烹元合金中, 根据平衡相 图, 假设固相线和液相线为 2 条直线, 则溶质分配系数为 一个常数 [ . 镍基高温合金通常含有 7 种以上的元素, ] s 对于这样的多组元合金而言, 无法根据相图来得到溶质分 配系数, 而溶质分配系数又是决定溶质偏析行为的关键参 数. 溶质偏析对定向凝固镍基高温合金组织形态及性能有 重要影响 [ , 减轻溶质偏析能获得较均匀的铸态组织, 从 ] s 而缩短犷固溶热处理时间, 提高犷经济效益和合金的力学 性能 溶质偏析程度增大则会在凝固末期出现有害的次生 相及后续工序 中无法消除的凝固缺陷. G uo 等 [ 对 N A ] a s A R 1 0 合金的研究表明, 随着偏析程度的减轻, 铸态组 I 0 织均匀性提高, 合金高温力学性能显著增强. 多组元复杂合金的溶质分配系数的测定主要有以下