镍基高温合金氩气雾化粉末颗粒中相的研究

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s1.005 北京年铁学院学报 Journal of Beijing University Special issue of Iron and Steel Technology No,21987.6 镍基高温合金氩气雾化 粉术颗粒中相的研究 李慧英胡本芙章守华 (金相教研室) 捕 要 松散粉末中的组织状态以及相组成，直接形响等静压的成型工艺，热处理后的 组织与性能，本文采用X射线物相鉴定和透射电子显薇统研兜T氢气雾化的FGH95合 金松散粉末颗粒内部的相组成，并与R。'95粉末颗松进行对比。结果指出MC型碳化 物是雾化松散粉未中主要析出相，FGH95合金粉宋中为(Nb,Ti)C、并含少量的C、 Ni,Mo等元紫，而Reae'95粉中主要为NbC.MC碳化物的形态与其成分、凝固条件 密切相关，在FGH95热中发现少：Lav相，一次Y'相和硬化物相，而且Laves相和 题化物相往往与MC碳化物以共生形态出现。 Precipitation in Ar-Atomized Nickel-base Superalloy Powders Li Huiying Hu Benfu Zhang Shouhua Abstract The precipitation phases present in argon-atomized FGH95 superalloy powd- ers were studied by X-ray diffraction,transmission electron microscopy and X-ray energy dispersive spectra techniques. The major precipitate Phase in the interior of the powder particles is identified as MC-type carbides containing Nb and Ti with some Cr,Ni,Mo and W.The morphology of MC-type carbides may be related to the composition of 29

北 京 针 铁 学 院 学 报 。 。 镍基高温合金氨气雾化 粉末颗粒中相的研究 李慧英 胡本芙 章守华 ‘ 金相教 研室 摘 要 松 敬粉末中的组织状态以 及相组成 ， 直接影 响 等睁压 的成 型工 艺 、 热处理后的 组织与 性能 。 本文采用 射线物相盛定和透射电子 显微锐研究了组气雾化的 合 金松 散粉 末顾位内部的相组 成 ，并与 ， ‘ 粉末顺 粒进 行对比 。 结果指出 型碳 化 物是雾化松散粉末中主要析 出相 合金 粉末中为 认 、 并含少址的 、 孟 、 。 等元 素 ， 而 。 。 尸 粉 中主 要为 。 碳化物的形态 与其成 分 、 凝 固条件 密 切 相关 。 在 热 中发现少胜 ，相 ， 一次 ， 相和 硼化 物相 ， 而且 盯” 相和 翻化物相往往与 碳化物以 共生形态 出现 。 一 一 赵 万 翻 九 入。 ‘ 叙 全 一 一 ， 过 一 五 呈 五 玉 一 了 悦 。 玉 ， 二。 ， ， 盯 。 一 了 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s1．005

the alloy and the condition of its solidification.Minor Phases,such as Laves phase,primary y'phase and boride phase are also present. 前 言 松散粉未颗粒的组织状态及组成相的研究是粉来高温合金研究中一项基础性的工 作，因为它直接彩响热等静压的成型工艺、热处理后的组织与性能。 松散粉末显微组织状态直接与雾化凝固过程密切相关，国外发表的研究工作大都涉 及研究单个粉宋颗粒形态和组织结构，微区域化学成分与凝固条件的关系？，松散粉 末表面碳化物与成型合金中的原颗粒界问题(PPB)的关系(2，热处理过程中粉末颗 粒内部的析出相的变化规律3~5。这些研究对促进粉未高温合金进展有着重要的作 用。但对有关相的类型，成分以及他们的形态等尚缺乏系统的观察。 本文研究了氩气雾化的FGH95合金粉末颗粒内部的相组成，并与美国Rene'95粉末 颗粒进行对比，以便寻找雾化过程的热学参数的变化对粉末颗粒质量的影响，为雾化工 艺和热等静压工艺提供参考数据。 1 材料及实验方法 (1)合金粉求成分如表1 表1FGH95合金粉末和Rene'95合金粉末化学成分 元 素，wt% 金 Cr Co Mo W Nb Al TiB“Z Ni FGH95 0.0613.808.623.483.353.48 3.462.51 0.0110,04余量 Rene'95 0.06512.877.543.513.413.463.392.560.0110.06余量 (2)对松散粉末样萃取残渣，然后对残渣进行X一射线物相鉴定。 (3)将雾化粉术俯分为一89-·+323目，将同一目的粉末颗粒用化学镀的方法固 定在-·铜块上，然后制成金相样品。在粉末颗粒的横截面上进行一级碳复型萃取析出 相。取复型样在配有能谱的H一700透射电镜上观察，加速电压为200kV。 (4)用EM-400透射电镜对粉米颗粒海晶体进行研究。 2 实验结果 2.1FGH95合金粉末 (1)从松散粉末颗粒苯取残渣的X一射线衍射结果示于表2。 30

五 了 ， ， 笼 了 ‘ 泣 前 岛一 目 松散粉 末颗粒的组织状态及组 成相的研究是粉 末高温合金研究 中一项 基 础 性 的工 作 ， 因为 它直接影响热等静压的成 型工 艺 、 热处理后的组织与性能 。 松 散粉末显微组织状 态直接 与雾 化凝 固过程密 切 相关 ， 国 外发 表的研究工作大都涉 及研究单个粉 末颗粒形 态和组 织结构 ， 微区域化学成分 与凝 固条件的关 系 ， ， 松 散粉 末表面碳 化物与成 型合金 中的原颗粒界问题 的关 系 〔 ， 热处理 过程 中粉 末颖 粒 内部的析 出相的变化规律 “ 。 这些研究对促进粉末高温 合金进展有着 重 要 的 作 用 。 但对有关相的类型 ， 成分以及他们 的形态等尚缺乏 系统的观察 。 本文研究 了氢气雾化的 合金粉末颗粒 内部的相组 成 ， 并与美国 ‘ 粉 末 甄粒进行对比 ， 以便寻 找雾化过程的热学参数的 变化对粉末颗粒质量的影响 ， 为雾化工 艺和热等静压 工艺提供 参考数据 。 材料及实验方法 合金粉 末成分 如表 表 合金粉末和 尸 合 金粉末化学 成分 元 素 ， ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 余里 余量 对松 散粉末样萃取残渣 ， 然后对残渣进行 一 射线 物相鉴定 。 习有雾化 粉 末筛分 为 一 。 一 。 目 ， 将 同一 目的粉 末颗粒 用化学镀的 方法 固 定在 一铜块 ， 然后 制 成金 相 样 品 。 在粉末颗粒 的 横截面 上进行一 级碳 复型 萃 取 析出 相 。 萃取复型样在 配 有能谱的 一 透射 电镜 上观察 ， 加速 电压 为 。 川 一 透剔 电镜 对粉末颗粒薄 晶体进 行研究 。 实验结果 合金粉末 从松散粉 末颗粒 萃取残渣的 一 射 线衍射结果示于 表

表2FGH95合金粉末的萃取残渣X-射线衍射 弩 鉴定的相及标准位日， 测量值 MC Laves M3B 2 20 d:A)I/I dA) 1/品面 d(A)J/I'品面 dA)I/I'品面i 135.3052.5402 03 2.57 VS (111) 237,4312.4007 27 2.38m (110) 840.9532.2019100 2.23 s (200) 444.3592.0405 73 2.04VS (112) 645.1732.0055 40 2.01VS (201) 6 69.4781.5529 33 1.57 m (220) 770.0451.3422 13 1.34 m (311) 871.2261.322826 1.33VS(331) 972.5251.3023 11 1.30 (302) 1076,5221.2439 10 1,26VS(312) 1180,146 1.196511 1,18 S (220) 1294.3031.05040 1.05 (313) 13100.0291.00530 1.02 (331) 14100.2061.0010 7 15103.5030,9808 0.99 (420 16103.7920.97899 17118.8820.8945G 18119.1990.8931 6 萃取残渣的X-射线结果表明，在松散的FGH95粉末中存在有MC型碳化物、Lavesi相 及M,Bz相。 (2)对金相抛光粉末截面萃取复型，在透射电镜下做低倍观袋，可以看到粉末颗 粒内部的析出相主要分布在枝晶间区城内。如图1。 图！粉末颗粒内邮析出相的分布 31

表 合金粉末的萃取残渣 一 射线衍射 侧量 位 一 一 鉴定的相及 标准值 。 ， ， 编号 艺 ， 久 晶面 、面 ， 晶面 人 ， 晶面 。 舀 。 。 。 。 。 。 。 几 。 。 了 ， 叱 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 自二上，，吮盖几︸ 名 。 。 谧 。 。 。 。 。 。 。 。 ， 。 。 。 魂 。 。 。 。 。 萃取残渣 的 一 射 线结果表明 ， 在松散的 粉末 中存在有 型碳化物 、 盯 。 相 及 。 相 。 对 金相抛光粉末截面萃取 复型 ， 在透射 电镜下 做低倍观寮 ， 可以看到粉末顺 粒 内部 的析 出相主 要分布在枝晶间区域 内 。 如图 。 … 图 粉 末物 粒 内部析 出相 的分 布

图中黑色物为苯取下来的析出相，可以看出这些相的形貌和存在的部位。有的呈单 独颗粒状、条状，有的呈串排列成行或堆积一起，在粉末颗粒中心处堆积现象尤其严 重，堆积处多为二、三个树枝品交界处。说明粉未颗粒中心可能是最后凝固处。 在高倍数透射电镜下观察，发现析出相的形态是多种多样的。 ①MC碳化物：发见有下列儿种形态，规则的几何形态、花瓣状、枝晶形态及蛛网 状。它们的形貌分别示于图2、、4、5，成分列于表3。 0.2m (a) 单独存在的方形MC碳化物 (b)方形碳化物的堆积形态 围2具有规则几何形态的MC碳化物(-160+180目) 通过选区衍射及能谱分析证明这些具有规则几何形态的相均为面心立方结构的MC 碳化物。不论单独的或堆积的，其化学成分相近，主要含有Nb和Ti,还含有一定数量 的cr,Ni,Mo元素。它们的点阵常数也相近约4.3A,其尺寸约0.2-0.44m。 表3 举取碳化物的化学成分(X射线能谐) 元 素，wt% 碳化物形态 Nb Cr Co Ni Mo 规则几何形态 单独的 24.472 59.826 3.937 6,039 5,727 堆积的 35.067 47.266 6.656 6.429 4.582 花医状 12,363 73.941 4.909 1.811 2,784 3.590 枝品形态 单独的 10.150 61,918 2.938 2.362 3.085 8,021 11.524 堆积的 11.221 51.430 8,705 4.888 15,574 8.182 蛛网状 8.,855 33.211 11.484 20.524 15,417 11.608 从图3、4以及表3可以看出花瓣状，枝品状碳化物仍为MC型碳化物，其主要含 有Nb、Ti元素，还含有一定数量的Cr、Co、Ni、W。值得指出的是，这类碳化物的成 分中Nb含量，W,Mo含量均高于前一类方型的MC碳化物，而Ti含量下降。所测的点阵 常数为4.5一4.6，A比前一类也有所增加，这与成分上的变化相一致。在图4呈堆积的技 32

图中黑色物为雄取下来的析出相 ， 可以 看出这些相的形貌和存在的部位 。 有的呈单 独颖拉状 、 条状 ， 有的呈 串排列成行或堆积一起 ， 在粉 末颗粒 中心处堆积 现 象 尤 其严 重 ， 堆 积处 多为二 、 三个树 枝 品交界处 。 说 明粉 末颗 粒 中心可能是最后凝 固处 。 在高倍数透射电镜下观察 ， 发现析 出相的 形态是 多种多样的 。 ① 碳 化物 发现 有下 列儿 种形 态 ， 规则 的几 何形 态 、 花瓣状 、 枝 品形 态及蛛 网 状 。 它 们的 形貌 分别 示 于图 吕 、 、 、 ， 成分 列 于表 。 妙 笋跳 扁翩 喃石 单独存在的方形 碳化物 方 形碳化物的堆积 形态 图 具有规则几 何形态的 碳化物 一 目 通过选区衍射及能谱分析证明这些具有规则几何形态的相均为面心立方结构 的 碳化物 。 不 论单独的或堆积 的 ， 其化学成分相近 ， 主 要含 有 和 ， 还含 有一 定 数量 的〔 ， ， 。 元 素 。 它们 的 点 阵常数也相近 约 又 ， 其尺 寸约。 一 。 。 表 萃取碳 化物的化学成分 射线能谱 元 素 ， 碳化 物 形态 规 则几 何形 态 单 独的 堆 积的 。 。 。 ， 。 。 。 。 。 花 瓣状 。 。 枝 晶 形 态 单独 的 堆 积的 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 蛛 网 状 。 。 。 。 。 。 从图 、 以 及 表 可以 看 出 花瓣状 ， 枝 晶状碳化物仍为 型碳 化物 ， 其 主 要含 有 、 元 素 ， 还 含有一 定 数量的 、 、 、 。 值得 指 出的 是 ， 这 类碳 化物的成 分 中 含量 ， ， 。 含量均高于前一 类方型的 碳化物 ， 而 含量下降 。 所测的点阵 常数为 一 ， 比 前 一 类 也有所 增加 ， 这 与成分 上的 变化 相一致 。 在 图 呈堆 积的 枝

· 0,2am 图8花花期状MC碳化物(160+180目) 图4枝品形：态的MC碳化物(-160+180门) 晶形态的碳化物成分中还可以看到，N含量下路，而Co、Cr、Ni量升高，佔计还有其 他相存在。 ; 图5蜘两状MC碳化物(-30+320月) 蜘网状MC碳化物一般多出现于细粉末颗粒中，从表3可看出这类析H出物中Nh含量 比上述几种形态碳化物明显降低，而Cr、Co、Ni、Mo含量增高。 由析出物形态和成分分析方形MC的堆积形态（图2b)、枝晶形态（图4）和蛛 网状MC碳化物（图5）实际上可能为两相或几个相共生的形态，即除MC型碳化物外 还有其他相存在。 随着粉末颗粒尺寸减小，碳化物中的Nh、Ti含量下降，W、Mo、Cr、Co的含量增 高。 33

图 贾花瓣状 碳 化物 目 图 魂 枝 晶 形态 的 碳 化物 一 日 晶 形 态的碳 化物成分 中还 可以 着到 ， 卜含最 一 降 ， 而 。 、 、 从升高 ， 估计 还 有其 他 相存在 。 图 蜘网 状 碳 化物 匕一 月 蜘 网状 碳 化 物一 般 多出现于 细粉 末颗 粒 中 ， 从 表 可看 出这 类 析 出物 中 含量 比上述几 种形 态碳 化 物明显降低 ， 而 、 。 、 、 。 含量增高 。 由析 出物形 态和成分分 析方形 的 堆 积形 态 图 、 枝 晶形 态 图 和蛛 网状 碳 化 物 图 实 际上可 能为两 相或 几个 相 共生 的 形 态 ， 即除 型 碳 化物 外 还有其他 相存在 。 随 着粉 末颗 粒尺 寸减小 ， 碳 化物 中的 、 含最下 降 ， 、 。 、 、 。 的 含最 增 高

②La ves相：在树枝品间所形成的共生形态L织中发现有密排六方的Laves相。如 (图6b)为在-80+100月的粉末中苯取的碳化物堆积形态（图2b)方形碳化物边缘 灰色发现的Laves?机衍射E。根X-射线射结果计算的点阵常数为：a=4.&0A,c= 7,60A,由射斑计算的a=4.78A。(图Ga)为粉术战而的二级复型照片，发现MC 碳化物边缘有细飞状相存在，它脚可能是Laves相。根期介金成分，X-射我衍射钻 果及文献资料c5,12〕，可确定它为密排六方的Laves相。其成分可能为(Co,Ni): (Nh,Mo,Ti)。 (a》 碳化物边绕细毛状Laves相 (b)Laves相的衍射斑 图6粉末颗：巾的Laves泪 ③y'相：通过对茶取物和粉末颗粒薄品体的分析，确定松散粉末中存在一次y'相。 其形貌及电子衍射花样示于图7中。Y'相分布在树枝品间，尺寸很小。在细粉中发现 y'相，说明在雾化条件下，五然因冷速很快大部分一次y'相被抑制，但在局部偏析较重 的区域还是可以从液相析出的。 图7在一320目粉末颗粒博品体中发现的一次Y'相 ④M:B,硼化物相：根据X-射线衍射结果和粉末颗粒的薄品体透射电镜观察，确定 存在有M,B,硼化物相。其形貌及衍射花样示于图8，可以看出硼化物存在于树枝晶间， 而往往与MC型碳化物伴生。在粉末颗粒截面上做二级复型可观察到树枝晶间两相共生 的形态。图9可能为碳化物一硼化物共生，这与一般铸造高温合金中碳硼化物共晶是有 34

忿 相 在树枝 品间所形 成的 共生形 态组 织 中发现 有密排六方的 相 。 如 图 为在 一 十 日的粉 末 中不取 的碳 化物堆积形 态 图 ’ 方形 碳 化物边缘 灰 色发现 的 』 相 衍 射斑 。 札这据 一 射线 衍射结果 计算 点阵常 数 为 ， 人 ， 山衍 射斑 计算的 入 。 图 为粉 末 截而 的二 级 复 型照 片 ， 发 现 碳 化物 边缘有 细 毛状 相存在 ， ‘已即可 能 是 相 。 根 据 合 金 成 分 ， 一 射 线 衍 射 结 果及文献资料 〔 ” ， ’ “ 〕 ， 可 确 定它 为密排六 方的 相 。 戈分可 能 为 ， ， ， 。 碳 化物边 缘细 毛状 ” 相 山 ” 相的衍射斑 图 粉 末预 仁 巾的 怕 ③丫‘ 相 通 过对萃取 物和粉 末颗 粒薄 晶体的分析 ， 确定松散粉 末 中存在一 次丫‘ 相 。 其形貌及 电子衍射花样示 于 图 中 。 讨 相分 布在树枝 晶间 ， 尺 寸很小 。 在细 粉 中 发 现 训 相 ， 说明在雾化条件下 ， 虽然 因冷速很 快 大 部分一 次 ‘ 相被 抑制 ， 但在局 部偏析 较重 的 区 域还 是可以 从 液相析 出的 。 在 一 目粉 末颖 粒 薄晶体 中发现 的 一 次丫 相 ④ 。 硼化物 相 根 据 一 射线衍射结果和粉末 颗粒的 薄 晶体透射 电镜观察 ， 确 定 存在 有 硼 化物相 。 其形貌及衍射花样示于 图 ， 可以 看 出硼化物存在于树枝 晶间 ， 而往往与 型碳化物伴生 。 在粉 末颗粒截面上做二级复型可观察到树枝晶间两 相 共生 的形 态 。 图 可能 为碳 化物 一 硼 化物 共生 ， 这 与一般 铸造高温 合金 中碳 硼化物 共 晶是有

区别的。表3数据中Mo的含量高，可能是这一原因。Radavich。在Rene'95合金中确 定的硼化物成分为(Mo,Cr,Ni)3Bz。 0.5 图8在一320士粉宋颗粒海晶体中发现的M,P2相 2μm 图9两相共生的形态 2.2Rene'95合金粉末 对Rene'95粉术截i上茶取复型观袋结果长明：析出机形态FGH95粉未相同，有分 散的、堆积的规则儿何形态的MC碳化物，枝品形态的MC碳化物和蛛网状析：物。 图10所示。其成分列于表4。 表4 Rene'95粉末中茶取碳化物的化学成分(X-射线能谱) 碳化物形态 素，w% Nb Mo W 单独分布的块状 84.798 14.949 0.253 蛛网状 69,547 30.453 从表4可以推知Rene'95粉末颗粒中主要的析出相亦为MC型碳化物，其成分为含 Mo富Nb,而不含Ti,Cr,Ni等。蛛网状碳化物中Nb含量下降，而Mo含量升高。它可 能是一种共生相的形态，其中除MC碳化物外可能有M,B,硼化物相存在，所以含有较高 的Mo。 35

区别的 。 表 数据 中 。 的含量高 ， 可 能是这一 原 因 。 定 的硼 化物 成分 为 ， ， 。 。 在 。 合金 中确 在 一 。 匕 粉 末预 粒 薄晶体 中发 现 的 相 图 两相 匕生的形 态 产 合金 粉末 对 ’ 粉 末 截 而土萃取 复 塑观察结 果 人明 析 出相形态 ‘ 粉 末 相同 ， 有分 散的 、 堆 积的 规 则 可形 态 的 石琴乏化物 ， 枝 ，形 ， 么的 碳 化物 不一蛛 网呀处析 物 。 女 图 所 示 。 其成分 列 于 表 。 表 ‘ 粉 末 中萃取 碳 化物的 化 ·，沂成 分 一 身寸线能 泞 碳 化 物形 态 元 素 单独 分 布的块状 蛛网 状 。 。 。 。 。 从表 可以 推知 粉末颖粒 中主 要 的析 出相 亦为 型碳 化物 ， 其 成 分 为含 。 富 ， 而不 含 ， ， 等 。 蛛 网状碳化 物 中 含量下降 ， 而 。 含量 升 高 。 它 可 能 是一 种 共生 相的 形态 ， 其中除 碳 化物外可能 有 。 硼化物相 存在 ， 所以 含有较高 的

(a)-220+2103 b)-300+320i 图10Rene95末颗粒中折出相的形态 3 结果分析与讨论 3.1MC碳化物成分与形态 从上述FGH95和Rene'95两种氩气雾化粉末中析出相的鉴定结果表明：MC型碳化物 是粉末颗粒中主要析出相，这些MC型碳化物具有不同的成分和形貌。在FGH95中，方 型的为(Nb,Ti,C,W)C或(Nb,T,Cr,Mo)C型，即MC'碳化物5。点阼 常数约为~4.3A,接近TiC的点阵常数。花瓣状、枝品状也为(Nh,Ti,Cr,W)C或 (Nh,Ti,Cr,Mo)C型碳化物，们其Nh含量增高，Ti含景下降，点阵常数约为 ~4.5-4.6A与NbC点阵常数接近。蛛网状碳化物因为在较快的冷速下形成，其成分更 为复杂，其中Nf的相对含量稍低，而Co、Cr、Ni,Mo含量升高。在Rene'95粉末中发 : 现不含C,Ni,含有一定量W,Mo,高Nb含量的MC碳化物。本实验工作还发现随粉 末颗粒尺寸减小、冷却速度增加两种粉末中碳化物山粗变细，最后在一300+320目粉来 中变成复杂的蛛网状。而且碳化物中的N,Ti含量下降，W,Mo,C,Co的含量增 高。 有关碳化物形态在一般铸造高温合金中研究较多。R.Fernandez:7:认为碳化物的 形态与G/R有关，较规则形状的碳化物数量随着G/R增加而增加，而草书状则相反。J. F.Radavich5'8'9'等认为合金中碳含量以及合金元素含量，对MC碳化物形态有彩响， 当碳含量较高易出现骨架状和草书状MC,含碳量较低易出现孤立的块状或条状MC。 Nb,Ta,Hf等元素加入高温合金中对碳化物种类、形态、大小均产生很大影啊。W, V.Youdelis1。认为通过改变碳化物的形核速率也可以改变碳化物的种类与大小。 Rttr等人4通过对粉末薄晶体的研究，发现树枝晶间的区域比树枝晶轴有高得多的 位错密度。认为已凝固的基体所产生的应力，在溶质富化区形成弯曲的碳化物。从我们 实验结果分析，R,Fernandez在一般铸造高温合金中用G/R比值来判断碳化物形态的规 律对粉末高温合金颗粒中的碳化物不完全适用。因为，在另一篇文章中〔1·经过计算， 36

区别的 。 表 数据 中 。 的含量高 ， 可 能是这一 原 因 。 定 的硼 化物 成分 为 ， ， 。 。 在 。 合金 中确 在 一 。 匕 粉 末预 粒 薄晶体 中发 现 的 相 图 两相 匕生的形 态 产 合金 粉末 对 ’ 粉 末 截 而土萃取 复 塑观察结 果 人明 析 出相形态 ‘ 粉 末 相同 ， 有分 散的 、 堆 积的 规 则 可形 态 的 石琴乏化物 ， 枝 ，形 ， 么的 碳 化物 不一蛛 网呀处析 物 。 女 图 所 示 。 其成分 列 于 表 。 表 ‘ 粉 末 中萃取 碳 化物的 化 ·，沂成 分 一 身寸线能 泞 碳 化 物形 态 元 素 单独 分 布的块状 蛛网 状 。 。 。 。 。 从表 可以 推知 粉末颖粒 中主 要 的析 出相 亦为 型碳 化物 ， 其 成 分 为含 。 富 ， 而不 含 ， ， 等 。 蛛 网状碳化 物 中 含量下降 ， 而 。 含量 升 高 。 它 可 能 是一 种 共生 相的 形态 ， 其中除 碳 化物外可能 有 。 硼化物相 存在 ， 所以 含有较高 的

粉末颗粒直径在70一180m范1内的G/R变化不大，而MC碳化物形态却有明显不同。 因此，G/R仇对粉未中MC形态的彩响并不一定是起决定性作用。在粉末中由于冷却速 度快，介金元素来不及扩散，使得MC碳化物中元素含量不同，进而影响喇MC的形态，这当 然是不可忽视的。我们认为更重要的是已凝固基体所产的应力，导致粉末中MC形态 多样、复杂。图11是从》末颗粒薄晶体获得的，树枝品闻区域城较树枝晶轴有较高的位错密 度和其间碳化物的分布及形态。证明粉末颗粒快速凝固在这些地方存在较人的应力，可 使凝周时碳化物产生多种形态。 m 图11粉末颗粒中树枝晶间的位错及碳化物 3.2碳化物和其他共生相的形态 在图2(b),图4及图5这些析出相形态中除MC碳化物以外，还发现有密：排六方 的Laves相和少量的'相，还有硼化物相。他们住往与MC碳化物共生，也分布在树枝 晶间。从表3中堆积的枝晶形态、蛛网状成分分析也表明Ni、Cr、Co、Mo含量比独 分散扩在的碳化物中的高，而N相对有所降低，这与碳化物长大速度有关，也可能是 共他共存的缘做。J.F,Radavich12发现松散Rene'95粉未经浸蚀后在外表面有膜状 相，他认为是MC型碳化物和La ves相组合而成。在本实验中，通过X一射线物相鉴定.茶 取粉术颗粒内部析出相和粉未颗粒品体的电子衍射都证明了在碳化物旁边有Laves 相，M,Bz相存在，这说明了在FGH95的松散粉未中有碳化物-Laves相和碳化物-硼 化物两相共生的形态。这种两相共生形态的出现可做如下解释，在较粗的粉末颗粒中， 或在一颗粉末的中心部位，或在最后凝固的部位，由于冷却速度不够大，产上较大偏 析，在形成MC碳化物的同时，完全有可能产生少量的Laves相，一次y'相明化物相。 而在细粉中下列原因可能起主导作用，粉末高温合金，虽然，由于凝固速度相快(103 一104C/s)与一般铸造合金相比，固溶体的过饱和度加大，铸态组织中合金元素的：均 匀程度提高，将液析限制在极小的范围内。但也出于凝固速度相当快，给凝固过程带来 新的特点，那就是固一液界面处能够相当大地偏离平衡状态3，使固-液相界面的前 沿荐层内液态中形成溶质的富集层。如果在凝固过程中液相变得富集溶质，凝固温度下 降，析出相不能遵照平衡条件形成，在种类、成分上变得比较复杂。因此，MC碳化物中 可含有Cr、Ni、W、Mo等元素，并有少量的Laves.相，一次y'相和MsB,相的出现是可 能的。 37

粉末 颗 粒 直径在 一 少‘ 范 通内的 了仁变化不大 ， 币 碳 比物形态却 · 明显不 同 。 因 此 ， 仇 对 粉末 ， ， 形 态的 影响并不一 定是起 决 定性作 用 。 在粉末 中由 于 冷却速 度快 ， 合 金元 紊 来不 及扩 散 ， 使得 碳 化物 中元 素含 量不 同 ，进 而影响 的形 态 ， 这 当 然 是不 可忽 视的 。 我们 认为更 难 要的 是 已凝 固基体所产生 的应力 ， 导致粉末 中 形 态 多样 、 复杂 。 图 尽 认粉末 颗粒 薄 晶体获得的 ， 树枝 品问区域 较树枝 晶轴有较高的位错密 度和其间碳化物 的分 布及形 态 。 证 明粉末颗粒快速凝 固在这些 地方存在 较大的 应 力 ， 可 使凝 固时碳 化物产生 多种 形态 。 图 粉末领 粒中树枝晶间 的位错及碳化物 碳化 物和其他共 生 相 的形态 在 图 ’ ， 图 及 图 这些析 出相形 态 中除 碳 化物以 外 ， 还 发现有 密于 六方 的 相和少 量的，‘ 相 ， 还 有硼化 物相 。 他 们 往往 与 碳 化物 共生 ， 也分 布 在树枝 晶间 。 从 表 中堆积 的枝 晶形 态 、 蛛 网状成分分 析也 表明 、 、 、 。 含量 比 单独 分 散存在 的碳 化物 中的 岛 ， 而 相对有所降低 ， 这 一 与碳 化物 长大速 度 有 关， 一 也可能是 共他 布 共 存的缘故 。 ’ 发现松 散 ‘ 粉末经 浸蚀后在 外 人而 有膜状 相 ， 他 认为是 型碳 化 物和 季目组合而 成 。 在 卞实 验 中 ， 通 过 一 射 线 物 相 鉴定 、 苹 取 粉末颗 粒 内部析 出相 和粉末 颗粒 萍 晶体的 电子衍射 都证 明 了在碳 化物旁边 有 相 ， 相 存在 ， 这 说明 了在 的松散粉 末 中有碳 化物 一 相和碳 化物 一 硼 化物两相共生 的形 态 。 这种 两相 共生 形态的 出现可做如下 解释 ， 在较粗 的粉末颗粒 中 ， 或在一颗粉末的 中心 部位 ， 或在 最后凝 固的部位 ， 山于冷 却速度 不 够大 ， 产生 较 大 偏 析 ， 在形成 碳 化物的 同时 ， 完全 有可能产生 少 量 的 相 ， 一 次丫‘ 相和 硼 化物相 。 而在细粉 中下列原 因可能起 主导作 用 ， 粉末高温 合 金 ， 虽然 ， 由于凝 固速度相 当快 一 。 ‘ “ 与一 般铸造合 金相 比 ， 固溶 体的过饱和 度加大 ， 铸 态组织 中合金元 素的 均 匀程度提高 ， 将液析限制在极小的 范 围内 。 但也 由于 凝 固速 度 相 当快 ， 给凝 固过程带来 新的 特点 ， 那就是 固一液界面处能够相 当大地偏离平衡状态 ， 使 固 一 液相 界 面 的前 沿 薄层 内液态 中形成溶质的富集层 。 如果在凝 固过程 中液相 变得富集溶 质 ， 凝 固温 度下 降 ， 析出相不能遵照 平衡条件形 成 ， 在种类 、 成分 上变得 比较复杂 。 因此 ， 碳化 物 中 可含有 、 、 、 。 等元素 ， 并有少量的 相 ， 一次讨 相和 相的 出现是可 能的

3.3合金粉末中含有Nb,Ti,Cr、W的MC'型碳化物 我们分析Rene'95粉末中MC碳化物成分较简单，Nb含量很高，几乎没有发现含Ti, Cr,Ni等元素，而FGH95粉中以Nb为主的MC中含有较多的Ti以及其他Cr、Ni、Mo等 元素，即为MC'型〔5]。因为MC'碳化物在热等静压固化温度下将发生溶解，碳和合金元 素向颗粒表面扩散，对形成PPB碳化物有促进作用。可以推测Rene'95与FGH95比较， 热等静压时出现PPB碳化物上将会有不同的反应。 4结 论 (1)MC型碳化物是雾化松散粉末颗粒中主要析出相。FGH95为(Nh,Ti)C型， 含有少量的Cr、Ni、Mo等元素，面Rene95粉末中主要为NbC型含少量W,不含有Cr、 Ni。 (2)MC碳化物的形态、成分与凝固条件密切相关。随者凝固速度的增大可为块 状，花瓣状、枝品状、蛛网状等。组成中T量稍高者为方形，含Nb较高者，其形态复 杂。MC碳化物复朵形态也与树枝晶间应力作用影响有关。 (3)在FGH95中发现有少量的Laves相，一次y'相和硼化物相。它们往往与碳化 物共生存在。 感谢：FGI95辛末和Rene·95:末分训由铜铁研究总院和航空部621所提，在北一其校，惑。 参考文献 [1 Field,R.D.Cox,A.R.:Proc.4th Internat.Superalloy Symposium,ed. by J.k.Tien,Seven Springs,21-23 Sept,1980,ASM,Ohio,439 [2 Aubiu,C.,Davidson,J.H.,Trottier,J.P.Proc.4th Internat.Superalloy Symposium,ed.by J.K.Tien,Seven Springs,21-25 Sept.1980,ASM, Ohio,345 [8 Dahlen,M.,Fischmeister,H.:ibid.,P449 [4]Ritter,Ann.M.,Michael,F.Henry:J.of Mater.Sci.17 (1982),73 [5]Domingue,J.A.,Boesch,W.J.and Radavich,J.F.:ibid.[1],335 [6]Donachie,M.J.Jr aud Kriege,O.H.:J.of Mater.1969.269 [7 Fernandez,R.,Lecomte,J,C.and Kattamis,T.Z.:Met.Trans.Vol 9A, 10,(1978),1381 [8]黄乾尧等，钢铁，12(1981)，41 [9]Sims,C.T.:Superalloy,1979 [10]Youdelis,W.V.aud Kwan,O.:Met,Sci.17 (1983),385 38

合金粉末 中含有 、 、 、 的 ’ 型碳化 物 我们分析 ‘ 粉末 中 碳化 物成分较简单 ， 含量很高 ， 几乎没有发现含 ， ， 等元 素， 而 粉 中以 为主 的 中含有较 多的 以 及其他 、 、 。 等 元素 ， 即为 ‘ 型 〔 “ 〕 。 因为 ‘ 碳 化物在热等 静压 固化温度下将发生溶解 ，碳 和合金元 素 向颗粒 表面扩 散 ， 对形 成 碳 化物有促进作 用 。 可以 推测 ‘ 与 比较 ， 热等静压时 出现 碳 化物上将会有不 同的 反应 。 结 论 型碳化 物 是雾 化松散粉末 顾粒 中主 要析出相 。 为 ，， 型 ， 含有少 量的 、 、 。 等元 素 ， 而 ‘ 粉 末 中主 要为 型 含少 量 ， 不 含有 、 。 碳 化 物的 形 态 、 成分 与凝 固条件密切相关 。 随着凝 固速 度的增大 可 为 块 状 ， 花瓣状 、 枝 晶状 、 蛛 网状 等 。 红工成 中 量 稍高者 为方形 ， 含 较 高者 ， 其 形 态 复 杂 。 碳化 物复杂 形 态 也与树枝 品间应 力作 用 影响有关 。 在 中发现有 少量的 相 ， 一 次、 ，’ 相 和硼化 物相 。 它们往往 一 与碳 化 物共生 存在 。 感谢 牢末和 ’ 虾 末分别 由钢 铁 研 究总 院 和 航空 部 所 提 ， 在 此 一 片 授示感谢 。 参 考 文 献 ， 〕 〕 〔 〕 〔 〕 〕 〕 〔 〕 〔 〕 ， ， 。 。 ， ， ， 一 ， ， ， ， ， ， ， 。 ， ， 。 。 。 ， 、 。 。 ， ， 一 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 了二 。 。 ， ， 。 ， ， 。 ， 。 全， 。 〔 〕 ， ， ， 。 凡 ， 。 ， ， 。 ， 。 。 、 ， ， ， 黄乾尧 等 钢 铁 ， ， ， ， ， ， 。