GH220合金中晶界针状碳化物的成因

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1990.03.008 第12卷第3期 北京科技大学学报 Vol.12 No.3 1990年5月 Journal'of University of Science and Technology Beijing May 1990 GH220合金中晶界针状碳化物的成因 汪林·叶锐曾·周守礼·杜宝泉“ 摘要：研究了镶基高温合金在1123K,392MPa下周期持久断裂过程中晶界针状碳 化物的析出过程。分析了它的形成原因，实验采用二种热处理工艺，得到二种不同的品界状 态：直品和弯品。透射电镜分析结果表明，无论何种品界状态，晶界碳化物都有一个由颗粒 状碳化物向针状碳化物转化的过程。而弯品处理的合金，首先发生由弯品向平直品界的转变， 即尺寸较大且不规则状的晶界碳化物逐海断裂成颗粒状排列的品界碳化物，该过程所需时间 较长，这就解释了弯品合金比如直晶合金针状碳化物量少的原因。提出了一个由颗粒状碳化 物向针状碳化物转化的模型。 关键词：高温合金，针状碳化物，弯曲品界 Research on Formation Rule of G,B.Plate-Like Carbide in GH220 Ni-Base Wrought Superalloy Wang Lin Ye Ruizeng Zhou Shouli Du Baoquan ABSTRACT:The transition process of grain boubary (G.B.)plate-like carbides have been researched in a Ni-base wrought superalloy under cyclic creep condition of temperature 1 123 K,stress 392 MPa and hold time 8(min).Its formative rule has been analyzed.Two kinds of different heattreatment method are used for getting different kinds of G.B.alloy.(straight G.B.and zigzag G.B.). The results of TEM analysis show that there are same process of transition particle carbides to plate-like carbides in both of G.B.alloy.There is a tra- nsition process from zigzag G.B.to straight G.B.before above process,i.e.the greater carbides which is not rule in size are broken up to particle G.B.carbi- des.(or straight process in brief).This process would take a long time.And so,the reason has been explained that plate-like carbides of zigzag G.B alloy 1989-03-21收稿 ·材料系(Dcpt.of Mater,Sci.and Eng.) ,成都航空发动机公司(Chengdou Gas Turbine Company) 243

如、 、 第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 合金中晶界针状碳化物的成 因 注 林 ’ 叶锐 曾 ‘ 周 守礼 ” 杜 宝 泉 ‘ ’ 、 、 摘 要 研究 了镍 墓高温 合 金在 ， 下 周期持 久断裂过 程 中晶界 针 状 碳 化物的析出过 程 。 分 析 了它 的形 成原因 ， 实验采用 二 种热 处 理 工艺 ， 得 到二 种不 同的 晶 界状 态 直 晶和 弯 晶 。 透 射 电镜分析结果表明 ， 无论 何种 晶界状 态 ， 晶 界 碳化 物 都 有 一个 由颗 粒 状 碳化 物向 针状 碳 化物转化 的过 程 。 而 弯晶处理 的合 金 ，首先发生 由弯晶向平直 晶界的转变 ， 即 尺 寸较 大且 不 规 则状 的晶 界碳 化 物 逐渐 断裂成 颗拉状 排 列 的 晶界碳 化 物 ， 该过 程 所 需时 间 较 长 ， 这就解释了 弯晶 合 金比 如 直 晶合 金 针状 碳 化 物量少 的原 因 。 提出了一个 由颗粒状 碳化 物向 针状 碳化 物转化 的模型 。 关 键词 高温 合 金 ， 针状 碳 化 物 ， 弯曲晶 界 、 、 。 一 一 牙 。 ” 夕 刀 ￡之 刀 夕 赵 了 叮 ， · · 一 一 ， ， 一 、 · · · 五 · · 一 · 长 ， 一 飞 · · ， · ， 。 ， · · · ， · ， 又 一 、 ， 一 一 一 收 稿 材料 系 ， 成 都肮 空发 动 机 公 司 丁 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1990．03．008

are less than that of straiht G.B.alloy.A mode of transition zigzag G.B.to straight G.B.and of transition particle carbides to plate-like carbides is assu- med in this paper. KEY WORDS:superalloy,plate-like carbide,zigzag G.B. 在许多高温合金中都存在大量的针状相，如0相、4相1)和碳化物相1~3)等。有些存 在丁晶内，有的存在于品界，这些相一般都是塑性较差的脆性相。它对于合金的性能，尤其 是高温长期性能，危害极大。因此，矿究针状相的形成机制，寻求抑制针状相产生的途径、 方法等方面，始终是一个活跃的领域。但是，真正致力于研究针状相形成机制的还不多，文 献报导更少。 文献〔4~10)指出：弯曲晶界能够提高合金的力学性能，抑制或推迟针状相的形成【。~8)， 对于后二种现象曾企图通过定量相分析，（包括化学与物理相分析等方法进行解释，但均未得 到理想的结果。本文的目的，是借助于透射电镜，对二种不同晶界状态的镍基高温合金在周 期持久断裂过程中晶界碳化物的析出行为作详尽的分析，从而了解二种晶界的镍基合金的晶 界针状碳化物的析出规律，进而揭示弯曲晶界优于平直晶界的本质。 1试验材料及试验方法 1.1试验材料 实验选用GH220镍基变形高温合金棒材经双真空熔炼，包套轧制而成。其大致化学成分 为Ni-10Cr-15Co-W-Mo-V-Al-Ti以及微量元素。 棒材采用下列二种热处理工艺： 等温变品工艺： 空冷 1220°C/4h>1070°C/12.5h/AC+950°C/2h/AC 标准直晶工艺： 1220°C/4h/AC+1050°C/4h/AC+950°C/2h/AC 为避免温度偏差引起组织结构差异，1200°C,4h一一次周溶同时处理，然后分别进行二 次固溶，最后同时进行950°C/2h时效处理。 二种热处理合金晶品粒度均为2~3级，等温工艺得到李曲晶界，标淮工艺得到平直品 界。品界碳化物相上要是M:C,但弯品以不规则条状分行，尺寸较人：直品以颗拉状分布， 尺寸较小。 不同温度下周期特久性能试验表明，弯品合金的断裂寿命远高予直品合金(5)。 1,2试验内容及方法 周期持久断裂过程试验在改装的杠杆式高温持久强度试验机上进行。试样采用标准高温 持久试样，直径5mm,标距长25mm,试验温度为1123K,应力为392MPa,保载时间△t= 8min,中间不断取样。直晶合金取样时间为117.58h(已断)，80h，50h,30h及15h多弯晶 取样时间为222.75h(已断)，170h、150h、100及50h。金属薄膜取自试样标距内纵切 244

义 一 一 。 。 、 》 · 。 ， 一 ， · · 在 许 多高温合 金 中都 存 在大 量 的 针抉 相 ， 如 『 相 、 群相 〔 ‘ 〕 和 碳 化物 相 〔 ‘ 一 ’ 等 。 有些 存 在 于 晶 内 ， 有的 存 在于 品 界 ， 这些 相 一般 都 是塑性较差的脆性 相 。 它 对于 合 金的性 能 ， 尤 其 是 高温 长期 性能 ， 危 害极大 。 因此 ， 研 究针状 相的 形 成机 制 ， 寻 求抑制 针状 相产 生 的途 径 、 方 法 等方面 ， 始终是 一个活跃 的领 域 。 但 是 ， 真正致 力于 研究针状 相形 成机 制的还 不多 ， 文 献 报导 更少 。 文献 〔 一 的 指 出 弯曲晶界能够提 高合 金的 力学性能 ， 抑 制或 推迟 针状 相的形 成 〔 ” 一 〕 ， 对于 后 二 种现象 曾企 图通 过定 量相分析 ， 包括 化 学与物理 相分析 等方法进 行解释 ， 但均 未 得 到理 想的结 果 。 本文 的 目的 ， 是借 助于 透 射 电镜 ， 对二种 不 同 晶界状 态 的镍 篡 高温 合 金在 周 期持 久断裂 过程 中晶界碳化物 的析 出行 为作详尽 的分析 ， 从而 了解 二种 晶界的镍基合 金的 晶 界针抉 碳 化物的析 出规律 ， 进而 揭示 弯 曲晶界优于 平直 晶界的 本质 。 试验材料及试验方法 试验 材 料 实验选 用 镍 基 变形 高温合 金棒 材经双 真空 熔炼 ， 包套轧 制而 成 。 其大 致 化学成分 为 一 一 一 一 一 一 一 以及微 量元素 。 棒材采 用下列二种热 处理 工 艺 等温 杏晶工 艺 空冷 一 ” 标准 直 晶工 艺 “ 为避 免温 度偏差 引起组织 结 构 差 异 ， ， 一次 固浓 同时处 理 ， 然后 分别 进 行二 次 固 溶 ， 最后 同时 进行 时效 处理 。 二 种热 处理 合 金晶粒 度均 为 一 级 ， 等温工 艺 得到 杏曲 晶 界 ， 标准工 艺 得 到 平 直 品 界 。 晶 界碳化物 相 要 是 。 ， 但 杏 昂以 不规 则条状 分 布 ， 尺 寸较大 直 晶以 颗粒状 分 布 ， 尺 寸较小 。 不同 温 度 下周 期持久 性能 戊验 丧 明 ， 峦晶 合金的断裂 寿命 远 高于 直晶合金 ‘ ” 。 试 验 内容 及 方 法 周期持久断 裂 过程 试验在 改装 的杠 杆式 高温持久强 度试验 机 上进行 。 试样采 用标准高温 持 久 试样 ， 直径 ， 标距 长 ， 试验温 度为 ， 应 力 为 ， 保 载 时 间 盯 ， 中’ 、 不断 取 样 。 直 晶合 金取 样时 间为 已断 ， ， ， 及 弯晶 取样时 间为 已 断 ， 、 、 及 。 金属 薄膜 取 自试样 标 距 内 纵 切

面，双喷电解液为： 10%高氯酸+20%酒精+70%正丁醇 薄膜观察在EM400,EM400T,及JEM1000kV超高压透射电镜上进行。 2实验结果与讨论 在周期持久断裂过程中，合金的显微组织及结构发生了很大变化。弯晶合金与直晶合金 的变化程度不同，尤其是晶界碳化物相。 2.1晶界状态及晶界碳化物形态的转变过程 电镜观察表明，对于弯晶合金，随着周期持久试验的延续，晶界弯曲程度逐渐减小。如 图1(a)(b)所示，晶界上，不规则条状碳化物相向颗粒状碳化物发展，后者恰好是直晶合金 晶界上碳化物形貌的特征，如图1(c)(),就是在交变应力作用下，弯曲晶界存在着一个直 化过程。其原因一方面是弯曲晶界的形成是由于碳化物（或y'相）以一定位向关系在晶界上 析出而引起的？门，在交变应力的作用下，由于形变的发生，使晶粒之间有一定的滑移或倾动， 就破坏了晶界碳化物与晶粒间界的一定的共格关系，这就导致了合金整体的能量增高。从而会 使不规则大块条状碳化物碎化重新形成能量较低的颗粒状碳化物；另一方面，弯曲晶界的直 化过程也可以从弯曲晶界本身的热力学不稳定性得到解释。从原始金相组织看二者的晶粒度 同属于2~3级，与平直晶界相比由于弯曲晶界的形成导致晶界总长度增加，当形变发生 图1弯晶合金在周期持久断裂过程中的品界状态 (a)0h(b)100h(c)150h(d)222.75h Fig.1 G.B.states of zigzag G.B.alloy after cyclic crecp 后，碳化物与品界的共格关系破坏后，引起能量的升高，因此弯曲品界的直化系晶界总面积 减小和能量降低的过程。 图2~图3是直晶合金经不同时间试验后的一组透射电镜照片。反映了在试验过程中平 直晶界碳化物的形态的变化趋势。原始态的平直晶界，其碳化物呈颗粒状，并且在晶界上有 针状碳化物析出的迹象，与文献〔7)的报道是一致的。随着试验的进行，品界附近针状相逐 渐增多，而原来分布在品界的颗粒状碳化物逐渐减少。图2是试验了15h后的晶界碳化物形 245

面 ， 双喷电解液为 高氯酸 环酒精 正丁 醇 薄膜观察在 ， ， 及 。 。 。 超高压透射电镜上进 行 。 实验结果与讨论 在周期持久断裂 过程 中 ， 合 金的显微组织及 结构发生 了很大 变化 。 弯晶合 金与直晶合金 的 变化程 度不 同 ， 尤其是 晶界碳 化物相 。 晶界 状态及 晶 界 碳化物形 态 的转变过程 电镜观 察表 明 ， 对于 弯晶合 金 ， 随着周期持久试 验的延续 ， 晶界弯曲程度逐 渐减小 。 如 图 所示 ， 晶界上 ， 不规 则条状 碳化物相向颗粒状 碳化物发 展 ， 后 者恰 好是直 晶合金 晶界上碳化物 形 貌 的特征 ， 如 图 ， 就是在 交 变应 力作 用下 ， 弯曲 晶界存 在 着一 个直 化过程 。 其原 因一方面 是 弯曲晶界的形 成是 由于 碳 化物 或夕‘ 相 以一定位 向关 系在 晶界上 析 出而 引起的 〔 ’ ，在交 变应 力的作 用下 ， 由于 形 变的 发生 ， 使 晶粒之 间有一定 的滑移或 倾动 ， 就 破 坏 了晶界碳 化物与 晶粒 间界的一定 的共格 关 系 ， 这就导 致 了合 金整体的能量增高 。 从而 会 使不规 则大块 条状 碳化物 碎化重 新形 成能 量较低 的颗粒状 碳化物 另一方面 ， 弯 曲晶界的直 化过程也 可 以从 弯曲晶界本身 的热 力学不稳定性得到解释 。 从 原始 金相组 织看二者的晶粒 度 同属于 级 ， 与平直 晶界相 比 由于 弯曲晶界的 形 成导 致 晶界总长 度增加 ， 当 形 变 发 生 哩龄 一 嘴认 份熊 ﹄ · 黔粼 一巍隽一穆 扩茅 橇 一 考 图 掩 今 ， 丫 一 一 、 一 ‘ ” 二 弯晶合 金在 周期特 久 断裂 过 程 中的品 界状 态 。 。 后 ， 碳化物 与晶界的共格 关 系破 坏后 ， 引起能 量 的升高 ， 因此 弯 曲 晶界的直化 系 晶 界总面积 减小和 能 量 降低 的过程 。 图 一 图 是直 晶合 金经 不 同时 间试验后的一组透 射电镜 照片 。 反映 了在试 验过程 中平 直 晶界碳化物 的形 态的 变化 趋势 。 原始态的平直 晶界 ， 其碳化 物呈 颗粒状 ， 并且在 晶界上有 针状 碳化 物析 出的迹 象 ， 与文献 〔 〕的报道 是一致 的 。 随 着试验 的进行 ， 晶 界 附近 针状 相逐 渐增多 ， 而原来分 布在 晶界的颖粒状碳化 物逐渐减 少 。 图 是 试验 了 后 的 晶界碳化 物形

貌。说明该合金在试验初期就有大量的针状碳化物从颗粒状碳化物长出，但晶界碳化物以键 状分布的特征仍基本保持。从拉断试样的透射电镜形貌看（图3），针状碳化物朝晶内长大， 变粗，而原始的碳化物分布特征基本消失。总之，在周期持久断裂过程中晶界上明显地存在 一个由颗粒状碳化物向针状碳化物转化的趋势。 .25m 图2经15h周期特久试验的直晶状态 Fig.2 State of a straight G.B.alloy after 15 h cyclic creep test 1,67u3m 图8周期持久断裂后的直品状态 Fig.3 State of a straight G.B.alloy after cyclic creep fracture 从图1可以看到，弯晶合金的原始组织中未发现针状碳化物，而仅在150h后才发现有少 量的针状碳化物析出，但在断裂时，颗粒状碳化物也已逐渐转化为针状碳化物。 实验结果表明：弯晶合金的针状碳化物的数量比直晶合金中要少得多，这个现象前人在 不同合金中，通过各种方式都曾发现·8,8)，但都没有加以确切的解释。 根据上述观察结果，可以认为，晶界针状碳化物的多少，除了与应力作用时间外，主要 是与原始晶界碳化物的形状与尺寸有关。弯曲晶界的碳化物尺寸较大，形状不规则（呈长条 状)，它与晶粒边缘有一定的共格关系，要转化成针状碳化物，必须先经过晶界的直化过程， 包括由于形变的出现，且达到一定量时，而出现的晶界滑移或倾动，改变了碳化物与基体之 间原有的共格关系，从而使大尺寸碳化物碎化，晶界迁移，使之成为与直晶相类似的颗粒状 碳化物与晶界。然后再从颗粒状碳化物向针状碳化物相过渡。也就是说，弯晶合金在断裂过 程中比平直晶界多一个晶界直化过程，这个过程由于上述原因需要相当一段时间。另外，由 于长条碳化物相在应力作用下碎化，形成颗粒状碳化物，是通过碳化物元素的迁移来完成 246

貌 。 说 明该合 金在试验初期就有大 量的针状碳化物从颗粒状 碳化物长 出 ， 但晶界碳化 物 以链 状分 布的特征 仍基 本保持 。 从拉 断试样的透射电镜形 貌 看 图 ， 针状 碳化 物 朝 晶 内长 大 ， 变粗 ， 而 原始 的碳化 物分 布特征基本消失 。 总 之 ， 在 周期持久 断裂过程 中晶界上 明显地 存在 一 个由颗粒状 碳化 物 向针状 碳化物转化的趋势 。 暨公 一 图 经 周期 持 久 试验 的直 晶状 态 癫蘸黔癖 图 周期持 久断裂后的直 晶状 态 从 图 可 以看到 ， 弯晶合 金的原始组织 中未发 现针状碳化物 ， 而 仅在 后 才 发现有少 量 的针状 碳化物析 出 ， 但在断裂 时 ， 颗粒状 碳 化物也 已逐 渐转 化为针状 碳 化物 。 实验 结果 表 明 弯晶合 金的 针状 碳化物 的数 量 比直 晶合 金 中要少 得 多 ， 这 个现 象前人在 不 同合 金 中 ， 通 过各 种 方式 都 曾 发现 〔 ’ ” ’ 〕 ， 但 都没 有加 以确切 的解释 。 根据上述观 察结果 ， 可 以认 为 ， 晶界针状 碳 化物 的多少 ， 除 了与应 力作用时 间外 ， 主 要 是与原始晶界碳 化物的形状 与尺 寸有关 。 弯 曲晶界的 碳化物尺 寸 较大 ， 形 状 不规 则 呈 长 条 状 ，它 与晶粒 边缘 有 一定 的共格关 系 ， 要转化 成针状 碳化物 ， 必须先经 过 晶界的直 化过程 ， 包括 由于形 变的 出现 ， 且 达到 一定 量 时 ， 而 出现 的 晶界滑移或 倾动 ， 改 变 了碳 化物与基体之 间原 有的共格 关 系 ， 从而 使大尺寸碳 化物 碎化 ， 晶界迁移 ， 使之 成 为与直 晶相 类似 的颗粒状 碳化物与 晶界 。 然后 再从颗粒状 碳 化物 向针状 碳 化物 相过渡 。 也 就是说 ， 弯晶合金在断裂 过 程 中比平直 晶界多 一个晶界直 化 过程 ， 这 个过 程 由于上述 原 因需要相 当一段时 间 。 另外 ， 由 于长 条碳化物 相在应 力作 用下 碎化 ， 形 成颗粒状 碳 化物 ， 是通 过碳 化物元素的迁 移 来 完 成

的，而这些碳化物形成元素的扩散速度又是相当慢的，因此，弯晶合金表现为针状碳化物相 较少。 图4沿孪晶开裂和断裂 Fig.4 Cracking and fracture along twist boudary 总之，针状相是高温合金的薄弱环节，而针状相又往往在孪晶面及晶界析出，见扫描（图 4)及透射（图5）电镜照片等。因此，采用弯晶处理工艺抑制合金中针状相的析出，无疑是一 种提高合金性能，尤其是长期性能的好方法。 从上面分析得出，弯晶能够大幅度提高合 金的周期持久性能，其主要原因之一是抑制了 针状相的析出。同时也解释了经弯晶处理后， 其晶界碳化物远比直晶的少得多的原因。 2.2晶界碳化物相转化模型 针状相的产生方式一般说来有二种，一种 是在热暴露或使用过程中在品内沿李晶面析 .671m 出，另一种是在原有的碳化物周围长出1)。 在晶内极易在孪晶界析出，主要是形成碳化物 图5针状碳化物沿李品析出及1'相的共格关系 Fig.5 Plate like carbide pricipitates 元素沿孪晶扩散比晶内要容易得多。其机理这 along turist boudary and MeC co- 里不进行详细讨论，本文主要讨论后一种情 herenee with y phase 况。如前所述，合金在周期持久断裂过程中，存在着颗粒状碳化物向针状碳化物转化的现 象。由于针状碳化物的析出都有一定的惯习面，并与基体y相具有一定的共格关系或半共格 关系，如图5，它所需要的能量与原来晶界颗粒状非共格碳化物相比要小得多。因此，从理论 上来考虑，这个转化过程是一个自由能降低的过程，只要外界条件（诸如：晶界、成分等） 合适，过程是可以进行的。 这种颗粒状碳化物向针状碳化物转化的机理无疑与原子的扩散过程有关。可以设想，针 状碳化物由于成分激活，可以先在一个合适的晶面（惯习面）上析出，这时会引起针状碳化 物附近形成一个碳化物形成元素贫化区，当贫化区扩大到一定的区域时，必然会有部分能量 较高的碳化物溶解。因而会出现非共格的颗粒状碳化物的溶解，并通过原子的扩散使这些元 素向贫化区即针状相附近输运，以求达到平衡，这一过程的实现对针状碳化物的继续析出长 247

的 ， 而这些碳化物形成元素的 扩散速度又是相当慢的 ， 因此 ， 弯晶合金表现为针状碳化物相 较少 图 沿 孪 晶开 裂和 断 裂 总之 ， 针状 相是高温合金 的薄弱环 节 ， 而 针状 相 又往往在孪 晶面及 晶界析 出 ， 见扫描 图 及透射 图 电镜照片等 。 因此 ， 采 用弯 晶处 理 工 艺抑 制合 金 中针状 相 的析 出 ， 无疑是 一 种 提 高合 金性能 ， 尤其 是长期 性能 的好方 法 。 从上面分析得 出 ， 弯 晶能够 大幅度提高合 金 的周期持久 性能 ， 其 主 要原 因之 一是抑制 了 针状 相 的析 出 。 同时也 解释 了经 弯晶处 理后 ， 其晶界碳化物 远比直 晶的 少 得多的原 因 。 蝉 黝 晶 界碳化物相 转化 模 型 针状 相 的产生方式 一般 说 来有二种 ， 一种 是在热 暴露或使 用 过 程 中在 晶 内 沿 孪 晶面 析 出 ， 另 一种 是在原 有 的 碳化物 周 围 长 出〔 ， ，。 在 晶内极 易在孪 晶界析 出 ， 主要是形 成碳 化物 元 素沿孪 晶扩 散比 晶内要容 易得多 。 其 机理 这 里不进行详 细讨 论 ， 本文 主要 讨 论 后 一种 情 滩喻 氮 犷 下嘎 、 图 针状 碳化物 沿 孪晶析出及 下相 的共格关 系 ， 况 。 如 前所述 ， 合金在 周期持久 断裂 过程 中 ， 存在 着颗粒状 碳化物 向针状 碳 化 物 转化 的现 象 。 由于针状 碳化物 的析 出都有 一定 的惯 习面 ， 并与基体 夕 相 具有 一定 的共格 关 系或 半共格 关系 ， 如图 ， 它 所需要 的能 量与原 来晶界颗粒状 非 共格 碳 化物 相 比 要小 得多 。 因此 ，从理 论 上来考虑 ， 这 个转 化过 程 是 一个 自由能 降低 的过 程 ， 只 要外 界条件 诸如 晶界 、 成分等 合 适 ， 过程是可 以进行 的 。 这种 颗粒状 碳化物 向针状 碳化物转化的机理 无疑与原 子 的扩散过 程有关 。 可以设 想 ， 针 状 碳化物 由于 成分激活 ， 可 以先 在 一个合适 的 晶面 惯 习面 上析 出 ， 这 时 会引起针状 碳化 物附近形 成 一个碳 化物 形 成 元素 贫 化 区 ， 当贫 化 区扩大 到 一定 的 区域时 ， 必 然 会有部分能量 较 高的碳 化物 溶解 。 因而 会 出现非 共格 的颗粒状 碳化物 的溶解 ， 并通 过原 子 的 扩散使 这些元 素向贫化区即针状 相附近输运 ， 以 求达到平衡 ， 这 一过程 的 实现对针状 碳化物 的继续析 出长

大极为有利，使针状相的数量不断增加，并造成新的贫化区，促使了颗粒状碳化物向针状碳 化物完全转化。当然，这个转变过程实现的驱动力不仅是共格与非共格界面能差，影响因素 还很多，如外力的作用，高温时效的影响等。 根据上述假设及前面提到的弯曲晶界的直化过程，可以建立一个由弯曲晶界直化到晶界 颗粒状碳化物转化成针状碳化物的模型。这个模型对于弯曲晶界与平直晶界合金都是适用 的，弯晶的转变模型见图6。直晶的转变过程仅涉及图6中从（©）~(f)这4个过程。实验结 果与这个模型的转变过程还是吻合得比较好的。 (b) (d) 图6品直化及颗粒状碳化物向针状碳化物转化模型 Fig.6 A mode of transition zigzag G.B.to straight G.B. and of particle to plate like carbides 针状相的形成机理由于其过程复杂，影响因素也很多，所以，析出的方式也多种多样， 本模型仅是众多晶界针状相析出机制的一种。 2.3针状碳化物边缘的羽毛状形态的分析 图7是针状碳化物边缘的一种羽毛状结构。这种特殊形貌的形成，根据电子衍射衬度的 运动学理论及针状相与基体y相的微观结构分析，可以认为，这种羽毛状形貌并非碳化物的真 实形貌，而是由于晶格参量或取向不同的碳化物与基体相重迭时引起的波纹花样11】，图1所 示的这种较为复杂的波纹花样，是由于在y基体与针状碳化物析出相之间存在晶格参量差及 取向差同时造成的。前者可以从二者的点阵常数得出：根据衍射斑点及电镜仪器常数计算出 图7M6C的微观形貌及其衡射花样 图8波纹花样形成原理图 Fig.7 Morphology and diffract patterns Fig.8 An optical analoguc demonstrating of MC the formation of moire patterns 248

大极为有利 ， 使针状 相的数量不断增加 ， 并造 成新的贫化区 ， 促使了颗粒状碳化物 向针状碳 化物完全 转化 。 当然 ， 这 个转 变过 程 实现 的驱动力不仅是共格与非 共格 界面 能 差 ， 影 响因素 还很 多 ， 如外 力 的作 用 ， 高温 时效 的影 响等 。 根据 上述 假 设及 前面 提 到 的 弯 曲 晶界的直 化 过 程 ， 可 以 建立 一个 由弯 曲晶界直 化到 晶界 颗粒状 碳化物转化成针状 碳化物的 模型 。 这 个模型对于 弯 曲晶界与 平直 晶界合 金 都 是 适 用 的 ， 弯 晶的转 变模型见 图 。 直 晶的转 变过 程仅涉及 图 中从 一 “ 这 个过程 。 实 验 结 果与这 个模型 的转变过程 还 是吻 合得比 较好的 。 一娜协月 一 图 弯晶直 化 及 颖粒状 碳 化 物向 针状 碳化物转 化 模 型 王 针状 相的形 成 机理 由于其过程复 杂 ， 影 响因素 也很多 ， 所 以 ， 析 出的 方式也 多种多样 ， 本模型 仅是 众多晶界针状 相析 出机 制的 一种 。 针 状碳化 物 边缘 的羽毛 状形 态 的分 析 图 是 针状碳化物 边缘 的 一种羽 毛状 结 构 。 这 种 特殊 形 貌 的形 成 ， 根 据电子 衍射衬度的 运 动学理 论及 针状 相与基体 夕 相 的微观 结 构分 析 ， 可 以认 为 ， 这 种羽 毛状 形 貌并非碳 化物 的 真 实形 貌 ，而 是 由于 晶格 参 量或取 向 不同 的碳化物 与基体 相重 迭 时 引起 的波纹 花样 〔 “ 〕 ， 图 了所 示 的这种较为复杂 的 波纹 花 样 ， 是 由于在 夕基体与针 状 碳化 物析 出相之 间存在 晶格参 量 差及 取 向差 同时造 成的 。 前者可 以从 二者 的点阵常数得 出 根据 衍射斑 点及 电镜仪器 常数计 算 出 姗 · 姗姗 图 的微 观 形 貌 及其衍射 花样 ‘ 波 纹 花样形成 原 理 图

y基体(fcc)的点阵常数av=0.3519nm,碳化物相为M。C(f.c.c),其点阵常数aM6c= 1.1146nm,基体y与M,C相存在共格或半共格关系，(111)，//(111)M6c。 波纹花样形成原理图如图8所示，其中包括了二个重送晶体的晶格参量及取向差。当然 实际的波纹花样还应包括厚度差等因素。因而实际的波纹花样更为复杂。 这种羽毛状形貌进一步说明了针状碳化物相沿基体的一定晶面析出这一事实。 3结 论 (1)在周期持久断裂过程中，弯曲晶界转化为平直晶界，需要很长的时间。 (2)直晶与弯晶合金都存在一个由颗粒状碳化物向针状碳化物转化的过程，弯晶处理抑 制或推迟了针状碳化物相的析出。这是弯晶合金能够提高力学性能的重要原因之一。 (3)建立了一个由弯晶直化到颗粒状碳化物向针状碳化物转化的模型。 (1)针状碳化物周围所见的羽毛状形态，系由M。C与基体y的晶格参量与取向柔等因素 造成的波纹花样。 参考文献 1蔡玉林，郑运荣编著。高温合金的金相研究，北京，国防工业出版让，1986：132,148 2高温合金图谱编写组.高温合金相图谱，北京，冶金工业出版社，1979：134~209 3 International Sympnsium on Structural Statility in Superalloys 1968;76~ 300 4葛占英等.北京钢铁学院学报高温合金专集，1986；(1)：51 5汪林，叶锐曾等.北京钢铁学院学报高温合金专集，1986；(1)：75 6叶锐曾等。新都技术，内部资料，1983；(3)：82 7山崎道大.日本金属学会志，1966；30：1032 8叶锐曾等.金属学报，1984；20(1)：A34 9穆志平，北京钢铁学院硕士学位论文，1982 l0 Mn Zhiping(穆志平)，Ye Ruizeng(叶锐曾)，Gao Liang(高良).Mat, Sci and Technology June,1988;4:540 11赫什P等编，刘安生，李永洪译。薄晶体电子显微学，北京，科学出版社，1983 4 249

少 基体 的点阵常数 ， ， 碳化物 相 为 。 。 ， 其 点 阵 常 数 ‘ 。 。 二 。 ， 基体 少 与 。 相 存 在 共格或半 共格关 系 ， ， 。 。 波纹花 样形 成原理 图如 图 所示 ， 其 中包括 了二个重 迭 晶体 的 晶格参 量及 取 向差 。 当然 实际 的波纹 花 样还应包括厚 度差 等 因素 。 因而 实际 的波纹花 样更 为复杂 。 这 种羽 毛状 形 貌 进 一步 说 明 了针状碳化物 相沿 基体 的 一定 晶面 析 出这 一事 实 。 结 论 、 、 在 周期持久断 裂 过 程 中 ， 弯 曲 晶界转化 为平直 晶界 ， 需 要 很长 的时 间 。 直 晶与弯 晶合 金都存 在 一个由 颗粒 状碳 化物 向 针状 碳 化物转 化 的过 程 ， 弯 晶处 理抑 制或 推迟 了针状 碳 化物 相 的析 出 。 这是弯 晶合金能够 提 高 力 学性能 的重 要原 因之 一 。 建 立 了 一个 由弯 晶直化 到 颗粒状 碳 化物 向针状 碳 化物 转 化 的模 型 。 针状 碳 化物 周 围 所见 的羽 毛状 形 态 ， 系 由 。 与 墓 体 夕的 晶格 参 量与 取 向 差 等 因素 造 成的 波纹花 样 。 参 考 文 献 蔡 玉林 ， 郑运荣编 著 高温 合金的金相研究 ， 北京 ， 国防 工 业 出版 社 ， ， 招 高温 合 金 图 谱编 写组 高温 合金 相图谱 ， 北 京 ， 冶 金工 业 出版 社 ， 一 工 ， 吞 · 一 葛 占英 等 北京 钢铁 学院 学报高温 合金专集 ， 汪林 ， 叶锐 曾等 北京钢 铁 学院 学报高温 合 金专 集 ， 叶锐 曾等 新都 技术 ， 内部资料 ， 山峙 道 夫 日本金属 学 会志 ， 叶锐 曾等 金属 学报 ， 穆 志平 北京钢 铁 学院 硕士 学位 论文 ， 穆 志 平 ， 叶锐 曾 ， 高 良 ， 赫什 等编 ， 刘 安生 ， 李永洪译 薄 晶体 电子显微 学 ， 北京 ， 科学 出版 社