FGH95合金热等静压及热等静压加热处理状态的显微组织

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s1.013 北京钢铁学完学报 Journal of Beijing University Special issue of Iron and Stecl Technology No.21987.6 FGH95合金热等静压及热等静压加热 处理状态的显微组织 胡本芙 李慧英 (金相教研空) 要 用心学显微递，遇射电了显微捷及X射战衍射枝术研究了粉术而酒合金下GH95在热等筛T 及热等静E加热处理状态的显微组织。结果指出：在上述斯种状盒下试样中存任皆Y,MC、MC。 们，在归粉木题粒边界父眼竹AI阳Zr的氧化物。 Microstructures of P/M Superalloy FGH95 in the HIP/ed and HIP/ed Plus Heat Treated Condition Hu Benfu Li Hwiying Abstract Microstructures of P/M superalloy FGH95 in the HIP'ed and HIP'ed plus heat treated condition are investigated with optical microscopy,TEM,and X-ray diffraction.The results show that r'MC,M23C6 phases are present in samples after both HIP'ed and HIP'ed plus heat treated condition.Al-rich and Zr-rich oxides are found at the primary particle boundaries 前 言 采用优质预合金粉末，经热等静压直接成型制成近似尺寸的另件，是简化生产工 97

北 京 钢 铁 学 ‘ 亮 学 报 几 。 。 匕 合金热等静压及热等静压加热 处理状态的显微组织 胡本芙 李慧英 卜 金相教研 室 摘 要 用 匕学 显微 凌 ， 透射屯 子显微 滩及 射妮 衍射伎术 讲 充了粉 末高沮 合金 在 热等 静 压 及 热等 静玉 加 六处理伏 态的显微组纵 。 结 果 指 出 在 上述两 仲伏 截 试徉中存 注 昔’ 、 、 ” 相 ， 在 眼 扮末 颗 拉边 界 发邢 存官 阳 的氧 化物 。 ， 兮 ， 材 己称 封 夕 月 二 了 产 ， ， 一 ， ’ ’ 一 一 住 前 言 呆用优质预合金粉末 ， 经热等静压直接成 型制成近 似尺寸的 另件 ， 是 简 化 生 产工 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s1．013

艺，减少机加工，显著降低成本和提高材料利用率的先进生产工艺1,2·。国外，对不 同热等静压制度下高温合金织织的研究已有详细报导·3，本文研究了国产的FGH95合 金粉末经热等静压，热处理后的显微组织为制订工艺提供依据。 1实验用试料 采用-80+320目氩气雾化FGH95合金粉末，其成分为：0.06%C,·13.8%Cr 8.62%Co3.48%Mo,3.35%W,3.48%Nb,3.46%A1,2,51%Ti,0.011%B,0.04 %Zr余Ni。 热等静压工艺制度：1120°C,105MPa3h 标准热处理制度，1120°C/1h/油冷+870°C/1h/空冷+650°C/24h/空冷 2实验结果及分析 2,1热等静压后合金的显微组织 对热等静压坯料，进行电化学茶取，其残渣经X-射线分析，主要有y'相及MC相， 微量的MnC,MzsC6,M,B2 Laves,4相，其结果见图1。 11021 (EIP)M 2220 得 Co2Ti(304) 图1热等静压后合金中存在的相 图2热等静压后合金的显微组织 热等静压后显微组织示于图2，可以观察到，y'相分布基本均匀，但y'的尺寸很 不均匀，有两种不同尺寸的y'相，大y'相约为2-3μm,主要分布于晶界。基体的大部分发生 再结晶，但局部地区还保存有原树枝晶的轮廓和颗粒边界。MC型碳化物以不连续的颗 粒状分布在晶内和品界。经能谱分折主要为(Nb,T)C型。发现在热等静压温度为 1120°C时，低于y'溶解温度(y'溶解温度为1156°C),那些细晶粒的粉末易变形，而 后发生再结晶，细的再结晶晶粒被大的y‘相所包围，但有些晶粒仍保持着原凝固的组 织，这样的组织是由粗的枝晶间的Y'所描绘出来的树枝晶的形态，可见原始粉末中具 有较粗大的树枝晶组织不利于热等静压过程中形变和再结晶。 98

艺 ， 减 少机加工 ， 显 著降低成本 和提高材料利用 率的先进生 产工 艺 ， ， ， 。 国 外 ， 对不 同热等静压制度下 高温合 金织织的研究 已有详细报 一 导 ‘ ， 本 文研究 了 国产的 合 金粉末经热等静压 ， 热处 理后的显微组 织为制订工 艺提供依据 。 实验用试料 采用 一 目氢气雾化 合 金 粉 末 ， 共 成 分 为 。 ， · ’ 。 。 ， ， 。 ， 。 ， 。 ， 。 ， 余 。 热等静压工 艺制度 ” ， 五 标准热处理制度 八 油冷 空冷 空冷 实验结果及分析 。 热等 压后合金的显徽组织 对热等静压坯料 ， 进行 电化学萃取 ， 其残渣经 一 射线分析 ， 主要有 产 相及 相 ， 微量的 ， 、 。 ， ， 拌相 ， 其结果 见图 。 ‘ 山 ， 之 丙 ‘ 感 忿 乙 图 热 等朴压 后 合金 中存在 的相 图 热等 静压 后 合金的显微组织 热等静压后显微组 织 示 于图 ， 可以 观察到 ‘ 相分布基本 均 匀 ， 但丫‘ 的 尺寸很 不 均匀 ， 有两种 不 同尺 寸的 了 相 ， 大丫‘ 相约 为 一 拼 ， 主要分布于 晶界 。 基体的大部分发 生 再结 品 ， 但 局部地区还 保存有原树 枝品的轮廓和颗粒边界 。 型碳化物以 不连 续 的 颗 粒状分 布在 晶内和 品界 。 经能谱 分析主 要 为 ， 型 。 发 现 在 热 等 静 压 温 度为 ‘ 时 ， 低 于 ‘ 溶解温度 声 溶 解温 度为 ’ ， 那些 细 晶粒 的粉 末易变 形 ， 而 后发生再结晶 ， ’ 细 的 再结 晶 晶粒被大的，‘ 相所 包 围 ， 但 有些 晶粒仍 保持着 原 凝 固的组 织 ， 这样的组织是 由粗的 枝 晶间的 ‘ 所描绘 出来的树枝 晶的 形 态 ， 可 见 原 始 粉末 中具 有较粗大 的树枝 晶组织不 利 于 热等 静压过程 中形 变和 再结 晶

经用TEM对薄品体试样利取碳化物的-·级跋膜的研究发现，热等静压坏料中原 颗粒边界上的析出物有两种：-·种为含有W,C的MC型碳化物(N,Ti,W,Cr)C, 是连续薄膜状在颗粒边扑析出，力·种为颗粒状富Z的，其形态见图3和图4。能 谱分析结果于表1 0.58m 图3热等静压坏料中原颗粒边界上碳化物 图4热等棉压坯料中的原颗粒边界上富Z的相（方形 薄德（芥取碳化物的一级碳膜） 照色相)（金匠博品体） 表1 原颗粒边界上碳化物及富Zr相的成分 元素，wt% Nb W Ti Cr Co Mo Zr Ni 碳化物 52,41 33.69 8.39 5.507 富Zr相 1.77 3.57 1.077 15.7 8.28 5.87 22,042.29 39.54 2,2标准热处理状态下的显微组织特征： 热处理后的显微组织观察表明主要相有： (1)y‘相：有三种尺寸的y'相。在品界，品内存在的大y'相约2-2.5m,为周溶 处理时未溶解的y'相，它们在冷却过程中，时效过程中继续长大，固溶处理后析出的， 花二次时效后长人的中等尺寸的y'相约0.6~0.8：二次时效时析出的细小弥：散分布的 y'相。图5给出品内和晶界上大、中尺寸的y'和形貌。图6给出细小弥散的y'相形态， 和晶内及品界上细小y'相和衍射图象。 1.25μm 图5品内和品界的大，中尺寸Y相的形貌 99

经 用 对薄品体试样和 萃取碳 化物 的一 级碳 膜 的研究发现 ， 热等静 压 坏料 中原 顺拉 边界 上 的析 出物有 两利 ， 一 种为含有 ， 的 听碳 化 物 、 ， ， ， ， 呈连 续薄膜 状 在 颗粒 边界析 出， 另一 种为颗 辛训火官 的 相 ， 其 形态 见图 和 图 。 能 谱分析结 果于 表 图 热等 静压 坏 料中原颗 拉边 界上 碳 化物 薄 膜 萃取碳化 物的一 级碳膜 图 热等 静压 坯 料 中的原 颗拉边 界 上 富 的相 方形 黑 色相 金 尾 薄品体 表 原 颗 粒边 界上碳 化物及富 相的 成分 元秦 ， 碳化物 富 相 。 。 。 。 一 。 。 。 。 产 。 。 。 。 。 。 标准热处理状态下 的显微组织特征 热处理后 的显微组织 观察表明 主 要相有 丫产 相 有 三 种尺 寸的丫‘ 平 。 在 品界 ， ，兄 ‘ 勺存在的大丫’ 相 约 一 声‘ ， 为 固溶 处理时未溶 解的夕’ 相 ， 它 们在冷 却过 程 中 ， 时效 过 程 ‘ 继续长大， 固溶处理 后 析 出的 ， 在 二次时效后长大 的 中等尺寸 的丫‘ 相约 秘 二 次时效时析 出的细 小弥 散分布的 训 相 。 图 给 出 晶内和 晶界上大 、 中尺 寸 的 ‘ 相形 貌 。 图 给 出细小 弥 散的下‘ 相 形态 ， 和晶 内及 晶界 上细小 产相和衍射 图象 。 图 晶内和晶界的大 ， 中尺 寸丫 ‘ 相的形貌

.42um 图6细小弥散的Y相 (2)MC碳化物：经热等静压以及热处理以后，MC碳化物一般颗粒很小，呈球形 分散分布在基体内、晶界上和原颗粒边界上。图7为在金相样品上进行萃取后的形貌与 它们的分布，透射电镜能谱分析的结果示于表2。图8为晶内及晶界MC型碳化物的形 貌及选区衍射图象。 表2热处理以后MC碳化物的成分 元素 Nb Al Zr Mo Ni Co Ti wt% 82.835 6.431 5.300 2.436 1.880 0.652 0.322 0.140 0.67um 0.26m 图7萃取的MC碳化物形貌与分布 从以上结果，可以看出经热等静压以及热处理以后MC型碳化物主要转变成以NbC 为主的近圆形颗粒状，分散分布在基体和晶界上，在局部的晶界和颗粒边界上也有新的 析出，但也发现了一些没有转变的，保持着原雾化粉末颗粒中的MC形态，如图7(b) 0.059μm (a》 四形的MC及衍射图孕 100

细 小 弥散的丫 ’ 相 碳 化物 经 热等静压以 及热处理以 后 ， 碳 化物一 般颗粒很 小 ， 呈球形 分散分布在基体 内 、 晶界上 和原颖粒 边界上 。 图 为在 金相样 品上进行 萃取 后的形貌与 它们 的分 布 ， 透射电镜能谱 分析的结果示于表 。 图 为晶内及 晶界 型碳 化 物的形 貌及选区衍 射图象 。 表 热处理以 后 碳 化物的成分 元 素 、 。 。 。 。 。 。 拼瓣纂馨 图 萃取 的 碳 化物 形貌与分 布 从以 上结果 ， 可以 看 出经 热等 静压以 及热处理以 后 型碳 化 物主要转变成 以 为主的近 圆形 颗粒状 ， 分 散分布在基体和 晶界上 ， 在 局部的 晶界和 颗粒 边界上也有新的 析 出 ， 但 也发现 了一 些 没有转变的 ， 保 持着原雾 化粉末颗 粒 中的 形 态 ， 如 图 圆 形 的 及 衍射图 象

0.24um (b)晶界上的MC 图8品内及晶界MC型碳化物（金属薄膜电镜照片） 中的蛛网状和花瓣状，这些化物原碳含Nb量就很高。在热等静压和热处理过程中比较 稳定，没有溶解。 (3)M2sC。碳化物，热处理后发现：一般在晶界呈不连续颗粒状排列，在晶内呈 颗粒状。图9为一组M,sC。碳化物的形貌，选区衍射图象。由图可看出M23C,碳化物尺 寸是很小的。能谱分析结果，为(C,Ni,Co,Mo)23C8,在金相样品上进行萃取后 透射电镜能谱分析结果如表3与能谱分析结果一致。 .244m 图9MC。碳化物（金属蒋膜电镜照片） 表3经苯取的Mz3C。碳化物的能谱分析 元常 Cr Mo Ni Co Nb wt 48.253 12.745 22.558 14.747 1.c97 (4)M,C碳化物：热处理后，合金坯料中还发现有M。C碳化物，主要存在于品界。图 10给出合金中M。C碳化物形貌及选区衍射图形，从成分分析谱线表明其主要元素组成 为(Mo,W,Cr)。C (5)富Zr相和富AI相：经热处理后的坯料中原颗粒边界处仍然发现有宫Zr和富A】 相。其形貌示于图11，其成分示于表4,5 101

晶 界上 的 图 晶 内及晶 界 型碳化 物 金属薄膜电镜照 片 中的蛛网状和 花瓣状 ， 这些化物原碳 含 量就很高 。 在热等静压和热处理过 程 中 比较 稳定 ， 没有溶解 。 碳化物 ， 热处理后发现 一般在 晶界呈不连 续颖粒状排 列 ， 在 晶内呈 颗粒状 。 图 为一组 。 碳化物的形貌 ， 选 区衍射 图象 。 由图可看出 碳 化 物尺 寸是很小的 。 能谱 分析结果 ， 为 ， ， 。 ， 。 ， 在 金 相样 品上进行 萃取后 透射 电镜能谱分析结果如表 与能谱分析结 果一致 。 图 ” 。 碳化物 金属薄膜电镜 照 片 表 经 苯取 的 。 碳 化物的能谱 分析 元 素 。 。 。 。 。 。 碳化物 热处理后 ， 合金坯料 中还 发现有 。 碳 化物 ， 主要存在于 晶 界 。 图 给 出合金 中 。 碳化物形貌及选区衍 射 图形 ， 从成分分析谱线 表明 其 主 要元素组 成 为 ， ， 。 ‘ 富 相和富 相 经热处理后的 坯料 中原颗粒 边界处仍然 发现有 富 和富 相 。 其形貌示 于 图 ， 其成分 示于 表

0.46m 配10在品界上折出M6C碳化物（金屈薄膜电镜照片） 0.1m 0.12m 图11原颗粒边界盆A1(A),富Zr相(B)(金屈薄膜电饶) 表4 A点成分 元素 Al Ni Ti Cr 免 Nb Mo Co wt 80.536 8.583 1.714 1.8101.316 2.713 2.021 0.677 表5 B点成分 元素 Zr Al Ni Nb Ti Cr Co wt 30.062 21.55620.072 6.468 6.2976.889 3.557 1.940 从成分及电镜照片分析在原颗粒边界可能存在着细小的A的氧化物质点和以A!, Z为主的复合氧化物质点，而且这些质点在热等静压后，及在热处理后均被观察到，说 明它们很稳定，B点成分中还含有-一定数量的Nb和Ti,这种氧化物质点可能做为MC碳 化物析出的核心，形成氧化物-碳化物存在于原颗粒边界上。对此结果文献·中已有类 似的报导。 以上实验结果表明：合金中的MC型碳化物主要是凝固时析出的，在热等静压中变成 如同锻造合金中的MC碳化物，它的形貌多接近圆形颗粒。在热等静压和热处理过程中 沿原颗粒边界和晶界可能有新的析出。M,3C。和M。C碳化物主要是在热处理过程中析 出的，Mz3C。的尺寸很小，在晶界上析出且按一定取向，这与一般高温合金M,3C。的形 态是不同的。热等静压以后，从X-射线结果分析发现有MsB,硼化物相，可是从电镜分 102

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析来骨很难发现，月前对其析山部位，形貌，成分不能给确切数据。这可能是尺 寸太小，数量不多所致。 3结论 粉末高温合金FGH95经直接热等静压成型，并热处理后合金中主要存在y'相，MC 型碳化物，M,C,碳化物、M,C碳化物。在原颗粒边界存在富A1,富Zr的相，可能是氧 化物-碳化物复合质点。 参考文献 [1] Bartos,J.L.,Mathur,P.S.:Superalloys,Metallrgy and Manufacture, Proceedings 3rd International Symposium on Superalloys 9 (1976),495 [2] Williams,D.L.:Powder Metallurgy,Vol.20,No2 (1977) [3] Domingue,J.A.,Radvich,J.F.Phase Relationships In Rene'95 Superalloys (1980),P335 [4] Menzies R.G.,Bricknell,R.H.:Phil,5A (1980),493 103

析 来看很 难发现 ， 日前 对 埃析出部位 ， 形貌 ， 成分还 不能给出确切数据 。 这 可 能 是 尺 寸太小 ， 数量不 多所致 。 卜 结 论 卜 兮 粉末高温合金 柱 经直接热等静压 成型 ， 并 热处理后合金 中主要存 在，‘ 相 ， 型碳化物 ， 。 碳化物 、 。 碳化物 。 在原颗粒 边界存在富 ， 富 的相 ， 可能是氧 化物 一 碳化物复合质点 。 参 考 文 献 〔 〕 ， ， ， ， ， ， 。 。 ， ， ， 。 ， ， ， ， 〕 。 。 ， ， 。 ，