第6期 梅声勇等：GH105合金铸锭元素偏析和均匀化工艺 715。 均匀化前后相关区域的化学成分：此后，对两段式扩 散退火的均匀化工艺进行了理论评价. 表1GH105合金的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of GH105 superalloy % Co Cr Mo 形 Zr B fe 少 015 200 1472 496 45 1.25 0125 0005 021 余量 1190℃ 1.0 1600℃ 1000℃ 0 炉冷 ℃ 600 0.8 、空冷 2h8h2hi 4h 25h i4h 40h 时间h 图1GH105合金的两段式扩散退火的均匀化工艺图 0.4 Fig.I Homnogenizing treatment pocess of GH105 superalby 0.2 2结果与讨论 MaC. MC 21合金的平衡相 100 600 8001000120014001600 温度℃ 利用热力学软件Themal-Calc和Ni基数据库 计算得出的GH105合金热力学平衡相图如图2所 图2GH105合金的热力学计算平衡相图 示.可见合金中的平衡析出相有Y、Y、MC、M23C6、 Fig.2 Calculated phase diagram of GH105 superaloy 4和σ相.MC型碳化物在固液两相区就开始析出， 区域并伴有黑色析出相的为枝晶间.利用Ima照e 初始析出温度为1361℃.M23C6型碳化物的初始 tool测得平均枝晶间距约为140m.此外，图3() 析出温度为1169℃.Y相是合金的主要强化相，析 表明合金中析出了两种不同的块状黑色相，成分分 出温度为1063℃Y相的析出行为和析出量对保障 析结果表明：呈菱形的块状相为MC型碳化物，富含 合金高温力学性能有直接影响. Ti并含有少量Cr、Mo;呈近似圆形的块状相为 2.2铸态组织与元素偏析 M23C6型碳化物，富含Ti、Mo并含有少量Cr、Co. 22.1铸态组织 MC型碳化物具有尖锐棱角，易于在尖角处引起应 图3为合金的铸态微观组织照片.图3(a)表明 力集中，导致裂纹产生，降低合金力学性能.M23C6 合金具有明显的枝晶组织，黑色区域为枝晶干，白色 型碳化物无尖锐棱角，可起到强化合金的作用. (b) 200Hm 10m 图3GH105铸锭的微观组织照片.(a)铸锭中心处枝晶：(b)铸锭边缘处析出碳化物 Fig.3 Microstructures of a GH105 ingot:(a)microstructure in the center of the ingot:(b)precipitated carlide in the boundary of the ingo 2.2.2铸锭元素偏析规律 表2所示.每个元素的成分为四个实验测量结果的 合金在凝固过程中的溶质再分配是产生偏析的 平均值.元素的偏析情况用偏析系数K(枝晶间元 根本原因7).测量铸态铸锭边缘、铸锭半径的1/2 素质量分数/枝晶干元素质量分数)来表示，K值越 处(R/2试样)以及铸锭中心位置枝晶干和枝晶间 接近1表示偏析程度越小.从表2可以看出，Ti和 的成分，得出了主要合金元素的含量和偏析情况，如 Mo的偏析系数分别为6.325和2.163，在枝晶间富均匀化前后相关区域的化学成分;此后 ,对两段式扩 散退火的均匀化工艺进行了理论评价 . 表 1 GH105 合金的化学成分(质量分数) Table 1 Chemi cal composition of GH105 superalloy % C Co Cr M o Al Ti Zr B Fe Ni 0.15 20.0 14.72 4.96 4.5 1.25 0.125 0.005 0.21 余量 图1 GH105 合金的两段式扩散退火的均匀化工艺图 Fig.1 Homogenizing treatment p rocess of GH105 superalloy 2 结果与讨论 2.1 合金的平衡相 利用热力学软件 Thermal-Calc 和 Ni 基数据库 计算得出的 GH105 合金热力学平衡相图如图 2 所 示.可见, 合金中的平衡析出相有γ、γ′、M C 、M23C6 、 μ和σ相.MC 型碳化物在固液两相区就开始析出 , 初始析出温度为 1 361 ℃.M23C6 型碳化物的初始 析出温度为 1 169 ℃.γ′相是合金的主要强化相, 析 出温度为 1 063 ℃,γ′相的析出行为和析出量对保障 合金高温力学性能有直接影响 . 2.2 铸态组织与元素偏析 2.2.1 铸态组织 图 3 为合金的铸态微观组织照片.图 3(a)表明 合金具有明显的枝晶组织 ,黑色区域为枝晶干 ,白色 图 2 GH105 合金的热力学计算平衡相图 Fig.2 Calculated phase diagram of GH105 superalloy 区域并伴有黑色析出相的为枝晶间 .利用 Image tool 测得平均枝晶间距约为 140 μm .此外 ,图 3(b) 表明合金中析出了两种不同的块状黑色相 ,成分分 析结果表明 :呈菱形的块状相为 MC 型碳化物 ,富含 Ti 并含有少量 Cr 、M o ;呈近似圆形的块状相为 M23C6 型碳化物 , 富含 Ti 、M o 并含有少量 Cr 、Co . MC 型碳化物具有尖锐棱角, 易于在尖角处引起应 力集中, 导致裂纹产生 ,降低合金力学性能.M23C6 型碳化物无尖锐棱角, 可起到强化合金的作用. 图 3 GH105 铸锭的微观组织照片.(a)铸锭中心处枝晶;(b)铸锭边缘处析出碳化物 Fig.3 Mi crostructu res of a GH105 ingot :(a)microstructure in the cent er of the ingot ;(b)precipit ated carbide in the boundary of the ingot 2.2.2 铸锭元素偏析规律 合金在凝固过程中的溶质再分配是产生偏析的 根本原因 [ 4-7] .测量铸态铸锭边缘 、铸锭半径的 1/2 处(R /2 试样)以及铸锭中心位置枝晶干和枝晶间 的成分,得出了主要合金元素的含量和偏析情况, 如 表 2 所示.每个元素的成分为四个实验测量结果的 平均值.元素的偏析情况用偏析系数 K(枝晶间元 素质量分数/枝晶干元素质量分数)来表示, K 值越 接近 1 表示偏析程度越小.从表 2 可以看出, Ti 和 Mo 的偏析系数分别为 6.325 和 2.163 , 在枝晶间富 第 6 期 梅声勇等:GH105 合金铸锭元素偏析和均匀化工艺 · 715 ·