.762 北京科技大学学报 第30卷 200um 200um 200μm (d 200m 200μm 200um 图2不同冷速和温度下的凝固组织.(a)1350℃，1℃min1；(b)1350℃，3℃mim-1:(c)1350℃，10℃mim-1:(d)1280℃，1℃. min-1:(e)1280℃，3℃mim-1:(f)1280℃，10℃mim-1 Fig.2 Solidification microstructures at different temperatures under different cooling rates:(a)1350C.ICmin (b)1350C.3C.min; (c)1350℃，10℃mim-1；(d)1280℃，1℃min-;(e)1280℃，3℃min-1:(f)1280℃，10℃min-1 2.3不同冷速下凝固时合金元素的再分配 中的溶质元素含量是增加的，所以随着温度的降低 合金在凝固过程中液相和固相具有不同的成 三种冷速下T的含量呈上升趋势的，二是扩散 分，必然引起溶质的再分布，合金在凝固过程中的 一随着冷速在一定范围内升高，固相中扩散逐渐 溶质再分配是产生偏析的根本原因[].图3(a)为 被抑制，而液相中仍有较充分的扩散，此时冷速越 不同冷速下剩余液相中T含量的变化，由图中可 高，固相中的溶质含量偏离平衡成分越远，残余液相 以看出，随着温度的降低，不同冷速冷却时液相中的 中的溶质含量越高；当冷速增加到一定程度，不但固 Tⅰ含量都呈升高的趋势，在三种冷速下液相中的 相中扩散完全被抑制，液相中的扩散也受到抑制，液 Ti含量逐渐上升，在凝固初期Ti上升比较缓慢，但 固溶质分配平衡仅限于液固界面附近极少的液相 是凝固后期上升加快.图3(b)是Mo在不同冷速下 中，此时冷速越高，残余液相中的溶质含量越低，偏 在液体中的含量，和Ti变化趋势类似，不同的是Mo 析越轻，所以随着冷速的增大，元素的偏析会减轻 在凝固后其含量有所下降.Mo在凝固后其下降的 图3(c)和(d)为液相中Cr、Co含量的变化.在 原因是，由于凝固过程为非平衡凝固，凝固过程存在 不同的冷速下这两种元素大体上随温度的降低而降 着元素的偏析导致在液相中会直接析出一些相，这 低，属于负偏析元素主要富集在枝晶干，可见Cr和 些相是在平衡凝固时不存在的如7相，如图4种所 C0的偏析也是随冷速的增大而降低 示的白色的细条状析出物.7相是一种Mo、Ti含量 2.4 Waspaloy合金液体密度的变化 较高的相，所以η相的析出会导致在凝固后期Mo 根据文献[89]提供的方法计算液体密度，该 的含量有所下降.由于Ti在液相中大量聚集，偏析 方法考虑了多元素合金溶液中多元素的混和效应， 程度远大于Mo,所以η相的析出并没有导致Ti有 具体公式如下： 下降的趋势 在凝固过程中，冷速对液相的成分的影响主要 通过两个因素：一是固相转变量一对于正偏析元 素来说，随着固相转变量增多，残余液相减少，液相 式中，P为液体密度，x:为元素的摩尔分数，A:为元图2 不同冷速和温度下的凝固组织．（a）1350℃‚1℃·min —1；（b）1350℃‚3℃·min —1；（c）1350℃‚10℃·min —1；（d）1280℃‚1℃· min —1；（e）1280℃‚3℃·min —1；（f）1280℃‚10℃·min —1 Fig．2 Solidification microstructures at different temperatures under different cooling rates：（a）1350℃‚1℃·min —1；（b）1350℃‚3℃·min —1； （c）1350℃‚10℃·min —1；（d）1280℃‚1℃·min —1；（e）1280℃‚3℃·min —1；（f）1280℃‚10℃·min —1 2∙3 不同冷速下凝固时合金元素的再分配 合金在凝固过程中液相和固相具有不同的成 分‚必然引起溶质的再分布．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］．图3（a）为 不同冷速下剩余液相中 Ti 含量的变化．由图中可 以看出‚随着温度的降低‚不同冷速冷却时液相中的 Ti 含量都呈升高的趋势．在三种冷速下液相中的 Ti 含量逐渐上升‚在凝固初期 Ti 上升比较缓慢‚但 是凝固后期上升加快．图3（b）是 Mo 在不同冷速下 在液体中的含量‚和 Ti 变化趋势类似‚不同的是 Mo 在凝固后其含量有所下降．Mo 在凝固后其下降的 原因是‚由于凝固过程为非平衡凝固‚凝固过程存在 着元素的偏析导致在液相中会直接析出一些相‚这 些相是在平衡凝固时不存在的如 η相‚如图4种所 示的白色的细条状析出物．η相是一种 Mo、Ti 含量 较高的相‚所以 η相的析出会导致在凝固后期 Mo 的含量有所下降．由于 Ti 在液相中大量聚集‚偏析 程度远大于 Mo‚所以 η相的析出并没有导致 Ti 有 下降的趋势． 在凝固过程中‚冷速对液相的成分的影响主要 通过两个因素：一是固相转变量———对于正偏析元 素来说‚随着固相转变量增多‚残余液相减少‚液相 中的溶质元素含量是增加的．所以随着温度的降低 三种冷速下 Ti 的含量呈上升趋势的．二是扩散 ———随着冷速在一定范围内升高‚固相中扩散逐渐 被抑制‚而液相中仍有较充分的扩散‚此时冷速越 高‚固相中的溶质含量偏离平衡成分越远‚残余液相 中的溶质含量越高；当冷速增加到一定程度‚不但固 相中扩散完全被抑制‚液相中的扩散也受到抑制‚液 固溶质分配平衡仅限于液固界面附近极少的液相 中‚此时冷速越高‚残余液相中的溶质含量越低‚偏 析越轻．所以随着冷速的增大‚元素的偏析会减轻． 图3（c）和（d）为液相中 Cr、Co 含量的变化．在 不同的冷速下这两种元素大体上随温度的降低而降 低‚属于负偏析元素主要富集在枝晶干．可见 Cr 和 Co 的偏析也是随冷速的增大而降低． 2∙4 Waspaloy 合金液体密度的变化 根据文献［8—9］提供的方法计算液体密度‚该 方法考虑了多元素合金溶液中多元素的混和效应‚ 具体公式如下： ρ＝ ∑i xiA i ∑i xiV i ＋ΔV M ． 式中‚ρ为液体密度‚xi 为元素的摩尔分数‚A i 为元 ·762· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷