原粉末颗粒边界碳化物的研究

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s1.006 北京钢铁学院学报 Journal of Beijing University Special issue of Iron and Steel Technology No.21987.6 原粉末颗粒边界碳化物的研究 李慧英 胡本芙 章守华 (金相教研竿) 要 本文研究了：未钟基高温合金FG1H95中PPB问职，结果指出：PPP碳化物在雾化过程中 已开始形成，在热等静压过程中继软大量析出，出于PP碳化物化学成分及组成复杂，不同 类型碳化物可发生相互作用。热处弹使PPB问题更加严重。通过实验证明並外忻PPB碳化物的 形成主要是与合金中残解氧蟹有关， The Study of Previous Powder-Particle Boundary Carbides Li Huiying Zhang Shouhua Abstract The problem of previour powder-particle boundary (PPB)was studied in a nickel-basc P/M superalloy FGH95.The results indicate that carbides begin to form on the powder surface while atomization and continue to precipitate and grow into continous networks during HIP-consolidation.As a result of complex composition of carbides the different type carbides interact probably. The amount of PPB precipitation increases significantly during post-HIP heat treatment.The formation of PPB carbides is related to the amount of residual oxygen or oxygen contamination in alloy. 40

北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 。 原粉末颗粒边界碳化物的研究 李慧英 胡本芙 章守华 曰 金 相教研室 摘 要 本 文研究 扭 末 镍墓 高沮合 金 ， 中 司题 。 结 果 旨出 碳 化物在 霉化过 程 中 已开始 形成 ， 在 热等静压 过程 中继续 大 呈 沂出 。 由干 碳 化物 化 学成 分及 组 成 夏杂 ， 不 同 类 型碳化物可发生 相 互 作 用 。 热处 理 使 司题 吏加严 玉 。 通过 实验 证明 韭分 听 碳 化物的 形成 主 要是 与合金 中残 留氧量有关 。 一 匆 了， 考尸 人 凡 赵无打 ‘ 一 一 ， 扮 ‘ 下 一 ， 五 卯 一 。 了 切 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s1．006

前 言 粉未高温合金在热等静压过程中出现一种特殊现象，即在原粉末颗粒边界上出现严 重的碳化物i树膜，称为PPB(previous pow der-particle boundaries).问题。它直接影 响合金的工艺性能和力学性能。因为粉末募合体具有发达的比表面和稳定性低的内部组 织。在随后的热等静压过程中，合金元素米里新分配并导致合金组织的改组('，2，因 此研究PPB问题在理论上和实际上都受到人们的注意。 1材母及处理 本实验为了观察和研究方便，选用含：量较高的FGH95合金进行研究。 预合金粉末：采用-80+320目全惰性，气雾化FGH95粉末。其化学成分(%)如 下。 C Co Cr w Mo Nb Al Ti B Zr Ni 0.088.6213.083.353.403.83.462.600.0110.04余量 热等静压制度：1080°C±10°C,105MPa,3h。 热处理制度：经热等静压的试料真空焊于石英管中，在带有自动控温装置箱式炉 中进行热处理。热处理制度如下： (1)热等静压状态+870°C/5h/水冷 (2)热等静压状态+950°C/5h/水冷 (3)热等静压状态+1080°C/5h/水7 (4)热等静压状态+1150°C/5h/水冷 (5)热等静压状态+1200°C/5h/水冷 (6)热等静压状态+1150°C/1h/油冷+870°C1h//空冷/+650°C/24h/空冷 用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜对金相样品、粉末样品、二级碳复型、金属荐 晶体进行观案和鉴定析出相，并用电化学萃取原始粉未颗粒表面碳化物相，进行化学分 析确定元素组成。 实验结果 2 为了更清楚地了解热等静压过程中产生PPB碳化物问题，首先搞清原颗粒表面状态 及表面是否存在碳化物是必要的。为此通过电化学苹取表面析出相来鉴定碳化物类型及 化学组成。图1为原粉末颗粒表面的组织状态，可以看出表面为树枝晶或胞状晶，并有 41

翻日 备七， 粉 末高温 合金在热等静压 过程 中出现一 种特殊现象 ， 即在原粉末颗粒边界上 出现严 重 的碳化物 网膜 。 称为 。 顶 一 “ 吐 扭 题 。 它直接影 响合金的工 艺性能 和力学性能 。 因为粉 末勇合体具有发达的比 表面 和稳定性低的 内部组 织 。 在随后的热等 静压 过程 中 ， 合金元素暇重新分 配并导致合金组 织的改 组 〔 ， ， ‘ ，， 因 此研究 问题在理论 上和实际上都受到人们的注意 。 材料及处理 ‘ 本实验为 了观察和研究方便 ， 选用含矶量较高的 合金进行研究 。 预 合金粉 末 采用 一 目全惰性责 气雾化 粉末 。 其化 学 成 分 如 下 。 卜 一 。 。 。 。 。 。 余量 热等静压制度 士 ， ， 。 热处理制度 经热等静压的试料真空封焊于石英管中 ， 在带有 自动控温装置箱式护 中进行热处理 。 热处理制度如下 热等静压状态 “ 水冷 热等静压状态 水冷 热 等静压状 态 水汁 热等静压状 态 水冷 热 等静压状 态 “ 水冷 热等静压状 态 油冷 空冷 魂 空冷 用 光学显微镜 、 透射电镜 、 扫描 电镜对金相样品 、 粉末样品 、 二 级碳 复型 、 金属薄 晶体进行 观察和鉴定析 出相 ， 并 用 电化 学萃取原始粉 末颗粒表面碳 化物相 ， 进行化学分 析确定元素组成 。 实验结果 为 了更清 楚地 了解 热等静压 过程 中产生 碳化 物 问题 ， 首 先搞 清原 颗粒表面状 态 及 表面是否存在碳化物是必要的 。 为 此通过电化学萃取 表面析 出相来 鉴定碳化物类型及 化学组 成 。 图 为原 粉 末颖粒 表面 的组 织状态 ， 可以 看 出表面 为树枝 晶或 胞状 晶 ， 井有

白色粒伏物，可能是MC型碳化物，为证明此现象，对表面析出物进行电解萃取。对萃 取我渣用原子吸收光谱法进行定量分祈。其结果示于表1。 图1粉末颗拉表面组织状态及折出物(SEM) 表1粉末颗粒表面萃取碳化物残渣的化学分析 元素 元素含量 克原子数 原子百分数% Nb 2.09 0.032 64.5 W 1.32 0.007 14.1 Ti 0,18 0.010 20.1 Cr 0.32 0.0006 1.2 金味元米总址 4.822 0.096 160 C 0.435 0.0363 M:C 1.371 (M C) 设合金中所含的碳全部进入MC,从表1可看出所有金属克原子数与碳克原子数之 比为1,37：1(M,C,),可以确定是MC型碳化物，其化学成分中以Nb为主，同时还 含有Ti,W,C元素。他们是在雾化凝固过程中形成的。 对热等静压后经不同温度热处理的样品观察了原颗粒边界碳化物的变化情况。 1080°C热等静压后产生严重的PPB问题，沿颗粒表面有大量的碳化物析出，形成连 续的碳化物网膜，晶内y'相的分布和尺寸很不均匀，多为不规则多角形。如图2。经金 属薄品体TEM电子衍射普测定，颗粒边界碳化物类型为MC(见图3)。电子探针分析 表明，边界碳化物含有Nb、Ti、Zr、W、Mo等元素，示于表2。 表2热等静压正以后PPB的化学成分（wt%) 邵位 W Mo Ti Nb Zr Cr Co Ni 基体 2.10 5.5475.6011.G734.1991.5711.904 8.15559.156 PPB 3.59311.2237.1995.2438.6266.617 0.0625.429 43.453 为研究边界PPB碳化物变化规律，通过不同温度热处理观察其分布和状态。经870°C 5h热处理，y'相平均尺寸增大，PPB碳化物变得更加明显，仍然是沿着颗粒边界连续网 模状分布，电子探针分析证明，此时PPB碳化物成分没有变化。950C5h加热时，连 续的PPB碳化物网膜出现断续状，见图4.1080°C5h加热后，PPB碳化物变得更加 42

白色位 伏物 ， 可能 是 型碳 化物 ， 为证 明此 现象 ， 对表面析出物进行 电解 萃取 。 对 萃 取 残 战用 原 子吸 收光 谱法进 行定量分 析 。 其结果示 」二表 。 图 粉末撅粒表面组 织伏态及 析 出物 表 粉 末颗粒 表面 萃取碳化物残渣的化 学分析 元 素 元素含量 克原 子数 原 子百分数 月卜七劝声 匕也 ‘八户‘ 金 钱元素总 敏 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 ， 设 合 金 中所 含的碳全 部进入 ， 从 表 可看 出所 有金属克原子数与碳克原子 数 之 比 为 。 ‘ 。 ， 可以 确定是 型碳化物 ， 其化学成分 中以 为主 ， 同 时 还 含有 ， ， 元素 。 他 们是在 雾 化凝固 过程 中形 成的 。 对热等静压后经 不 同温 度热处理的 样品观察了原 颗粒边界碳化物的变化情况 。 。 。 热等 静压 后产生 严重 的 问题 ， 沿颖粒 表面有大 量的碳 化物析 出 ， 形成连 续的碳化物 网膜 ， 晶内 ‘ 相的分布和尺寸很不 均匀 ， 多为不规则多角形 。 如图 。 经 金 属 薄 晶体 电子衍射谱测定 ， 颗 粒边界碳 化物类型为 见图 。 电子探针 分析 表明 ， 边界碳 化物含有 、 、 、 、 。 等元素 ， 示 于表 。 表 热 等静压以 后 的化学成分 部位 〔 了啼 丛 沐 。 。 。 。 盆 。 ， 。 。 。 。 。 。 为研究 边界 碳化物 变化 规律 ， 通过不 同温 度热处理 观察其分布和状态 。 经 热处理 ， 丫产 相平 均尺 寸增 大 ， 碳 化物 变得更加 明显 ， 仍 然 是沿着颐粒边 界连 续网 膜状 分布 ， 电子 探针分 析证 明 ， 此时 碳 化物 成分没 有变化 。 。 。 加 热 时 ， 连 续的 碳 化物 网膜 出现断续状 ， 见图 。 加 热后 ， 碳 化物变得 更 加严

0.25 图之热修静延厅的亚微组织 图3热的静压后颗卡边界上的碳化物(TEM) 10pm 光学显微镜照片 电子放镜照片 图4热等静压+950°C5h处理后的显微组织 重，在局部地区碳化物连成一片。Y'相开始溶解并聚集长大。在碳化物边缘有点状析出 物，见图5。电子探针分析表明此时PPB碳化物边缘Nb、Ti、Zr、Mo等的含量均比PPB 碳化物中心低，而W、C、Co、Ni的含量则较高（如表8)。金属薄晶体TEM电子衍 射表明颗粒边界有M6C和M23C6相析出，见图6。 表3热等静正+1080"C5h后PPB碳化物的化学成分，w% 元 索 都位 Al Mo TiNb-· ∠r r·Co--Ni 基休 2.10 4410 5.8G0 1,846 4.830 1.615 12.201 8.056 59.051 碳化物 1.67 G,019 6.364 4.4167.388 1.0010.831 8,09 53.15 边涤 PPB碳化 0.915 4.856 9.300 12.77315.390 7.531 7.G95 5.216 36.32 物中心 43

‘ 图 热 等静压 后 的显微组 织 图 热 等静压 后颖 甲边 界上 的碳 化物 卜 光学显微镜照片 电子 显微镜服 片 图 热等静压 处理 后的显 微组织 在局部地 区碳化物连 成一片 。 ‘ 相开始溶 解并聚 集长大 。 见图 。 电子 探针分析表明 此时 碳化物边缘 、 、 碳化物 中心低 ， 而 、 、 、 的含量 则较高 如表 射表明 颖粒边界有 和 。 。 相析 出 ， 见图 。 在碳 化物边缘有点状析 出 、 等的 含量 均比 。 金 属薄 晶体 电 子衍 乳标 表 热等静压 ‘ ’ 后 碳 化 物的化浮 戈分 ， 石 ，‘ 素 部 位 入 一 一 袖石 一厅 一 一 ‘ 一 一 〔 。 一一 一 － 基休 碳化物 边 缘 碳 化 物 中心 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 之 。 吕 。 公 。 。 。 。 。 。 了 。 。 。 之

光学显微能照片 电子显微锁照片 图5热等静压+1080C,5h处理后的显微组织 0,5n 光学显微镜照片 电子显微镜照片 图61080°C,6h加热后MgC和MC, 1150°C5h加热后，y'相基本溶解，品界平直，品内发生再结品，PPB碳化物出现 粗大断续的颗粒状，如图7。电子探针结果示于表4，表明PPB碳化物成分主要为ND、 Zr、Ti、W元素。1200C5h加热后PPB碳化物完全变为颗粒状，见图8。金属祥晶体电 子衍射表明，此时主要为MC和少量M,C碳化物。见图9。 44

光学 显微镜照片 电子显微 镜照 片 图 热 等静压 十 ， 处理后的显 微组织 光学 显微镜照片 电子 显微镜照片 图 ， 加热后 。 和 加 热后 ， ‘ 相基本溶 解 ， 品界 平直 ， 晶内发生 再结 晶 ， 碳化物出现 粗大断续的预粒状 ， 如 图 。 电子 探针结果示于 表 ， 表明 碳 化物成分主要为 、 、 、 元 素 。 加 热后 碳化物完全 变为颗 拉状 ， 见 图 。 金属薄晶体电 子衍射表明 ， 此时主 要为 和少量 碳 化物 ， 见 图

表4热等静压+1150C5h处理后PPB碳化物成分，wt% 元 素 部位 Al W Mo Ti Nb Zr Cr Co Ni 基 体 {1.854 6.099 5.371 3.168 5.775 1.775 11,274 8.20366.481 PPB中大块 3.074 12,6147,743 6.646 11.2447,501 8.117 5.401 37.66 碳化物 PPB中知条 3.22212.3977.740 7,317 10.4008.221 8.314 5.275 36.72 碳化物 2um 图7热等静压·1150°C,5h,处理后的显微组织 10:m 2um 光学显薇镜组织 电子显微镜组织 图8热等静压+1200~C,5h,处理后的显微组织 3结果讨论与分析 3.1关于PPB碳化物的形成 如何评价PPB碳化物的程度，目前还没有统一规定，文献[1]给出四种毁别比较 PPB程度的评价标准，若按此比较基准，本实验所用的试料PPB为第四级，是比较严重 45

表 热等静压 十 五处理后 碳化物成分 ， 二 部 位 兀 一素 羞 体 中大块 碳化物 中细条 碳化物 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 图 热 等 静压 ， ， ， 处理后的显 微组 织 光学显徽镜组织 电子显掀镜组织 圈 热等静压 ， ， ，处理后的显徽组织 结果讨论与分析 关于 化物的形成 如何评价 碳化物的程度 ， 目前还 没有统一规定 ， 文献 〔 〕 给 出四种级别比 较 程 度的评 价标准 ， 若按此比较基谁 ， 本实验所 用的试料 为第四级 ， 是 比较严 重

图91200C,5h,加热后MC和MBC 的。有关PPB碳化物形成的原因，存在着很多不同的观点，大致可归纳如下几种： (1)在相互接触的粉末颗粒之间的金属一金属界面上形成碳化物较之在粉未颗粒 自由表面或晶界自由能变化较大3，‘`，同时还认为在氧化物与Y相界面能量高，是PPB 有利形核的地点。 (2)粉末颗粒比表面发达，表面上的氧含量比内部高20一30%，有利于T和C向 表面扩散，然后形成稳定的氧一碳化物(TiC1-xO,)。氧随后向合金内部扩散，Ti、C 就留在粉末颗粒的界面上5)。 (3)在热等静压之前或热等静压过程中，粉末表面极易吸附氧，与氧亲和力强的 元素如Z,A1等与之作用形成大量的氧化物质点，成为碳化物析出的核心，然后以消 耗颗粒内部较小的，或不稳定的质点而长大，在文献〔6)中证明了在PPB有ZxO:核心存 在。 (4)认为PPB碳化物是由雾化过程形成的表面碳化物遗传下来的。在热等静压和 热处理时继续析出，数量显著增加5，。 确立上述某一种说法尽管有一定的实验工作，可是对包含多种因素和复杂的热等静 压条件下，确定某一种说法为主，看来还有困难，但是各种说法共同之处是表面、碳、 氧这三个因素是不可缺少的，即原始颗粒边界上碳和氧的共存和相互作用是肯定的。 1 本实验发现PPB碳化物无论在哪一种处理状态下其中心均含有较高的Z,或一定的 A量（见表2,3,4）。在另一篇文章7中曾对试样进行过颗粒边界氧含量的测定， 证明颗粒边界含有较高的氧，因此可以推测，这批试样中PPB碳化物如此严重，除了碳 含量高以外，还与颗粒表面含氧量高有关，在表面上形成A1,Zr的氧化物质点，为PPB 碳化物形成提供了核心。所以，降低雾化粉末的含氧量与热等静压之前避免与氧接触是 十分重要的。 本实验从粉末颗粒表面苹取碳化物，与文献〔8结果一致，为MC型，认为粉末凝固 过程中在表面形成的碳化物为片状，复盖10%的面积，这部分碳化物可以做为PPB碳化 物的现成核心，或以它为形核的基底。这样，可以认为PPB碳化物一部分是在雾化过程 中形成的，而大部分是在热等静压过程中继续析出的。 46

图 ， ，加热后 和 。 的 。 有关 碳化物形成的原 因 ， 存在着很多不 同的观点 ， 大致 可 归纳 如下几 种 在 相互 接触的粉末颗粒之间的金属一金属界面上形成碳化物较之在粉末颖粒 自由表面或 晶界 自由能变化较大 一 ， ‘ ’ ， 同时还认为在氧化物与丫相界面能量高 ， 是 有利形核的地点 。 粉末颗粒 比表面发达 ， 表面上的氧含量 比内部高 一 ， 有利于 和 向 表面扩散 ， 然后形成稳定的氧一碳化物 ，一 刀 二 。 氧随后 向合金内部扩 散 ， 、 就 留在粉末颗粒 的界面上 ’ ” 。 在热等静压 之前或热等静压过 程 中 ， 粉末表面 极 易吸 附氧 ， 与氧亲和力强的 元素如 ， 等与之作 用形 成大量 的氧化物质点 ， 成为碳化 物析出的核心 ， 然 后 以 消 耗预粒 内部较小的 ， 或不稳定的质点而 长大 ， 在文献 〔 〕 中证 明 了在 有 核心 存 在 。 认 为 碳化物是 由雾化过 程形成的表面碳 化物遗传下来的 。 在热等静压 和 热处理时继续析 出 ， 数量显著增加 ” 。 确立上述某一种说法尽管有一定的实验工作 ， 可是对包含多种因素和复杂 的热等静 压条件下 ， 确定 某一种说法为主 ， 看 来还 有 困难 ， 但是各种说法 共同之处是 表面 、 碳 、 氧这三个因素是不可缺少的 ， 即原始颗粒边界上碳 和氧的 共存和相互作 用是肯定的 。 木 实验发现 碳化物 无论在哪一种处理状 态下其 中心 均含有较高的 ， 或一定的 量 见表 ， ， 。 在 另一 篇文章 ， 中曾对试样进行过 颗粒 边界氧含量的测定 ， 证 明颖粒 边 界 含有较高的 氧 ， 因此可以 推测 ， 这批 试样 中 碳 化 物如此严重 ， 除 了 碳 含量高以 外 ， 还 与颗 粒 表面 含氧量 高有关 ， 在 表面 上形成 ， 的氧化物质 点 ， 为 乃 碳化物形成提供 了核心 。 所以 ， 降低雾化粉末的含氧量与热等静压之前避 免与氧接触是 十分 重 要的 。 木实验 从粉末颗 粒 表面 萃取碳 化物 ， 与文献〔 〕结果一 致 ， 为 型 ， 认 为粉末凝 固 过 程 中在 表面 形成的碳化 物为 片状 ， 复盖 的面 积 ， 这 部分碳 化物可以 做为 碳 化 物的现成核心 ， 或以 它为形核的基底 。 这 样 ， 可以 认为 碳 化物一部分是在雾 化过程 中形成的 ， 而大部分是在热等 静压过程 中继续 析 出的

3.2PPB碳化物的化学组成 许多文献认为PPB碳化物为TiC或NbC。W,J.Boesch和J.F.Radavich对Rene'95合 金的研究指出。，粉末颗粒中MC碳化物含有N、Ti、W、C称为MC',并认为MC, 是一个新的碳化物过渡相，它仅存在于松散粉末中，并且不稳定，在1120°C热等静压 过程中MC'→MC+(W,Cr)转变，W,Cr等元素从碳化物扩散到固溶体中去。我们 的实验工作发现松散粉末颗粒表面碳化物是含有较高W、Cr量，在1080C热等静压后 以及随后的热处理以后PPB MC碳化物中仍有较高的W量，直到1080C5h加热后W量 明显降低。 在合金中存在着多种碳化物形成元素，一种碳化物中可以溶解其他元素。MC碳化 物中可以溶解少量的C和相当数量的W、Mo,这是因为W、Mo的原子半径比Cr的大， 接近于Nb、Ti,Zr的原子半径，Ti,Nb、Zr等元素MC型碳化物也能互相无限溶解1。 所以，热等静压以及热处理以后PPB碳化物成分变得复杂，很难成为单一成分的TC、 NbC、ZrC,而是以Nb,Ti为主的复杂成分的MC碳化物。 3.3PPB碳化物组成类型 热等静压以后，PPB碳化物主要是MC型，可是在1080°C5h加热后PPB碳化物中出 现M2C。和M,C,显然，由于各种碳化物稳定的温度范围不同，不同的热处理制度可以 改变PPB碳化物的组成类型。可以设想，MC碳化物首先溶解人Y固溶体，通过基体进行 合金元素的重新分配，析出M23C6和M6C碳化物。它们间的相互作用可示意如下： (Nb、Ti、Zr、W、Mo、Cr)C+(Ni、Cr、Co)y→(W、Mo),C或Cr2sC6+ (Ni、Cr、Co、Nb、Ti、W、Mo)r实验表明，此时y固溶体的化学成分与原y固溶体 稍有差异（可见表3、4），主要是含W、Mo、Ti、Nb稍高。 热处理过程中PPB碳化物不仅不能消除，而且变得更加严重，碳化物也是通过基体 发生反应，析出新的碳化物。 3.4PPB碳化物对组织的影响 10μm 图10经1150C/小h/出冷·870~C/1h/空冷+650C/24h/空冷处理后合金显微组织(Y相的属粒度) 47

碳化物的化学组成 许多文献认 为 碳化物为 或 。 和 对 产 合 金的研究指出 ‘ 。 ， 粉末颗粒 中 碳化物含有 卜 、 、 、 称为 ’ ， 并认 为 ‘ 是一个新的碳 化物过渡 相 ， 它仅存在于 松散粉 末 中 ， 并且 不稳定 ， 在 。 。 热 等 静 压 过程 中 ‘ 一 ， 转变 ， ， 等元素从碳化物扩散到固溶体 中去 。 我们 的实验工作 发现松散粉末颗粒 表面碳 化物是含有较高 、 量 ， 在 。 “ 热等静 压 后 以及随后的热处理以 后 碳 化物 中仍有较 高的 量 ， 直到 加 热后 最 明显降低 。 在合金 中存在 着 多种碳 化 物形成元 素 ， 一 种碳 化 物 中可以 溶解其他元素 。 碳 化 物中可以溶 解少量 的 和相 当数量 的 、 。 ， 这 是 因为 、 。 的 原子 半径 比 的大 ， 接近于 、 ， 的原子 半径 ， 、 、 等元 素 型碳化物也能 互 相无限溶解 所 以 ， 热等静压以 及热处理以后 碳化物成分 变得复杂 ， 很难成为单一成分 的 、 、 ， 而是以 ， 为主的复杂成分的 碳化物 。 碳化物组成类型 热等静压以后 ， 碳化 物主要是 型 ， 可是在 加热后 碳化物 中出 现 。 。 和 。 ， 显然 ， 由于 各种碳化物稳定的温度范围不 同 ， 不 同的热处理制度可以 改变 碳化物的组成类 型 。 可以 设想 ， 碳化物首先溶解人 固溶体 ， 通过基体进行 合金元素的重新分配 ， 析 出 和 。 碳化物 。 它们 间的相互作 用可示意如下 、 、 、 、 、 、 、 丫一一》 、 。 或 、 、 。 、 、 、 、 实验表明 ， 此时 固溶体的化学成分与原 固溶体 稍有差异 可 见表 、 ， 主要是含 、 。 、 、 稍高 。 热处理过程 中 碳 化物不 仅不能 消除 ， 而且 变得 更加严 重 ， 碳化物也是通过基 体 发生 反应 ， 析出新的碳 化物 。 碳化物对组织的 影响 圈 经 一 ’ 八 油冷 ， ’ 空冷 ‘ 空冷 处理 后 合金 显微组 织 丫相 的晶 拉度

在热等静压后又经热处理的组织中发现靠近粉未颗粒边界的品粒大，而粉末颗粒中 心晶粒小，不同颗粒尺寸粉末内品粒度也是不均匀的，如图10所示。这是由于PPB碳化 物是依靠比较小的粉末颗粒，或不稳定的碳化物质点的溶解，然后，碳和碳化物形成元 素向颗粒表面扩散而形成的结果。从松散粉末颗粒中萃取碳化物11：表明，粉末颗粒表 面处碳化物颗粒尺寸比较小，而粉末中心碳化物尺寸较大，且易成堆集。这样，在热等 静压和热处理过程中靠近表面小的碳化物优先溶解，促进PPB的形成，同时失去对晶粒 长大的阻止作用，因而发生晶粒长大。C.Aubin等人的研究工作·表明，颗粒表面吸 附氧，可以从颗粒内部拖出一部分C和Ti形成PPB碳化物，其影响深度可达20一30m和 热等静压温度、热处理条件有关。从图10可以看出靠近粉末颗粒表面的大晶粒区亦为20 一30μm,表明颗粒表面吸附氧，形成PPB碳化物对合金组织，特别是晶粒大小有明显的 影响。 综合以上实验结果和讨论可以看出，严格控制PPB碳化物的形成是改善粉来高温合 金工艺制度的重要环节，一旦PPB碳化物在热等静压过程中产生，在随后的热处理过程 中变得更加严重，重要的是在热等静压前采取措施改善和避免产生PPB碳化物的根源。 这些措施是： (1）首先要控制合金的含碳量和含氧量。若C+O<250ppm可以完全避免PPB的 产生1。 (2)合理的选择热等静压温度，不可过低和过高。如C+0=230PPm热等静压为 1170°C,4h,也可产生PPB碳化物，可达3级"。 (8)加入和控制与Ti,Nb区别的其他强碳化物形成元素Ta、Hf,形成更稳定的 碳化物、1)。 (4)预粉未处理时一定要严格注意去氧环节。 (5)若在热等静压前，在不加应力条件下进行适当处理，使粉末颗粒内部析出 MC或M23Cs碳化物，可以减少PPB碳化物.3，。 4 结 论 (1)PPB碳化物的形成，除碳含量较高外，与表面氧的污染有关。PPB碳化物在 雾化过程中已开始形成，在热等静压过程中继续大量析出。 (2)热等静压以及热处理后PPB碳化物化学成分及组成复杂，出现新的碳化物。 热处理使PPB问题更加严重。 (3)PPB碳化物的形成对组织状态，特别是Y相的晶粒大小有明显的影响。 感谢，粉末高温合鱼试样由钢铁研究总院和621所联合专题组提供，在此表示感谢 48

在热等静压后又经热处理的组织中发现靠近粉末颖粒边界的晶粒大 ， 而粉末倾粒 中 心 晶粒小 ， 不 同颖粒尺 寸粉末内晶粒度也是不 均匀的 ， 如图 所示 。 这是 由于 碳化 物是依称比较小的粉末颐粒 ， 或不稳定的碳化物质点的溶解 ， 然后 ， 碳和碳化物形 成元 素向颐粒表面扩散而形成的结果 。 从松散粉末颗粒 中萃取碳化物 ” 〕 表明 ， 粉末顺粒表 面处碳 化物颖粒尺寸比较小 ， 而粉末中心碳化物尺寸较大 ， 且 易成堆集 。 这样 ， 在热等 静压 和热处理过程 中靠近 表面小 的碳 化物优 先溶解 ， 促进 的形成 ， 同时失去对 晶拉 长大的阻止作用 ， 因而发生 晶粒长大 。 等人 的研究工作 表明 ， 颗 粒 表面吸 附氧 ， 可以 从颗粒内部拖出一部分 和 形成 碳化物 ， 其影响深度可达 。一 ” 和 热等静压温度 、 热处理 条件有关 。 从图 可以看出靠近粉末颗粒表面的大 晶粒区亦为 一 邸 ， 表明 颗粒表面吸附 氧 ， 形 成 碳化物对合金组织 ， 特别是 晶粒大小有明显的 影响 。 综合以上实验结果和讨论可 以看出 ， 严 格控制 碳化物的形成是改善粉末高 沮合 金工 艺制度的重 要环 节 ， 一旦 碳 化物在热等 静压 过程 中产生 ， 在随后的热处理 过程 中变得更加严重 ， 重 要的是在热等静压 前采取措施 改善和避免产生 碳化物的根 源 。 这些措 施 是 首 先要 控制合 金的 含碳量 和含氧量 。 若 可以 完全 避 免 的 产生 ‘ 。 合理的选 择热等静压 温度 ， 不可 过低和过高 。 如 二热等静压 为 ， ， 也可产生 碳化物 ， 可达 级 〔 。 加入 和控制与 ， 区别的其他 强碳化物形成元素 、 ， 形成更称定 的 碳化物 ‘ ’ 。 预粉末处理时一定要严 格注意去氧环节 。 若在热等静压 前 ， 在不加 应力条件下进行适 当处理 ， 使粉末颖粒 内 部 析 出 或 。 碳 化物 ， 可以 减少 碳化物 ， 。 结 论 碳化物的形成 ， 除碳含量较高外 ， 与表面氧的污染有关 。 碳化物 在 雾化过程 中已开始形 成 ， 在热等静压过程 中继续大最析出 。 热等静压 以 及热处理后 碳化物化学成分及组成复杂 ， 出现新的碳化 物 。 热处理使 问题更加严重 。 碳化物的形成对组织状态 ， 特别是丫相的晶粒大小 有明显的影响 。 感 谢 粉末高沮合金试样由钢铁研究总院和 所联合专妞组提供 ， 在此表示感谢

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参 考 文 献 卜 〔 ， ， ， ， ， 少 ， 一 ， 。 ， 。 〕 ， ， ， ， 产 ， ， ， ， 。 〕 产 ， ， ， ， 。 ， ， 〔 〕 尸 ， ， ， 连 ， 。 ， ， 一 ， ， ， 。 〕 ， 。 ， ， 。 ， ， 〔 〕 ， 。 。 ， 。 。 。 ， ， 胡本芙 ， 李慧英 ， 章守华 金属 学报 ， ， 〕 ， 。 ， ， 〕 ， ， ， 。 ， ， 。 。 〕 ， 〔 。 〕 章守华主编 合金网 ， 冶 金工业 出版社 ， 〔 〕 李慧英 ， 胡本芙 ， 章守华 金属 学报 ， ， 〕 ， 。 。 ， 。 ， ， ， 导