.1178 北京科技大学学报 第35卷 化物中Nb+Zr含量减少，Ti含量增加：当Hf增加 Hf FGH96合金粉末颗粒中还发现少量的含Hf氧 到0.6%时，有少量的Hf进入到块状碳化物中，并 化物HfO2. 且促使Zr+Nb含量增加，取代部分Ti.另外，在含 1 pm 四 (c) (d) 100nm 250nm 250nm 图7含0.6%Hf的FGH96合金粉末颗粒内部碳化物的分布和形态.(a)整体分布图：(b)块状：(c)条状：(d)花朵状 Fig.7 Distribution and morphologies of MC'carbides in FGH96 powders particles with 0.6%Hf:(a)total distribution;(b) regular;(c)strip;(d)petal 表2FGH96合金粉末颗粒内部碳化物的化学组成表达式 Table 2 Chemical composition of MC'carbides in FGH96 powders particles Hf质量分数/% 块状 条状 花朵状 0 (Ti0.61Nb0.36Zr0.03)C (Ti0.61Nb0.34Zr0.05)C (Ti0.62Nb0.36Zr0.02)C 0.3 (Ti0.70Nb0.28Zr0.02)C (Ti0.70Nb0.28Zr0.02)C (Ti0.70Nb0.28Zr0.02)C 0.6 (Ti0.64Nb0.30Zr0.03Hf0.03)C (Ti0.60Nb0.37Z0.03)C (Ti0.67Nb0.29Zr0.04)C 3讨论 和固相扩散系数D。变化不大时，则二次枝晶臂间 3.1 热学凝固参数与枝晶偏析 距(2L)的减小将使枝晶偏析明显减轻 枝晶偏析是在枝晶凝固期间溶质元素分布不 从图3中可知，在合金中添加Hf元素，可以 均匀（即在枝晶轴的中心和外围间溶质浓度存在差 减轻粉末的二次枝晶臂间距.这是因为在合金一次 异)造成的.文献10-11]指出，凝固过程中的溶质再 枝晶轴生长时，铪将富集在固相枝晶前沿的液相 分配和不平衡结晶是产生微观偏析的主要原因，而 中，铪的富集增加了一次枝晶轴周围液体中的成分 不平衡结晶又与凝固过程中的热学凝固参数有关. 过冷，这样有利于枝晶轴侧壁的二次枝晶向液相发 3.1.1二次枝晶臂间距的细化 展.对于二次或高次枝晶轴情况也类似.溶质元素 在液相中的富集程度大，界面前沿液相中的成分过 文献[12]中利用B-F模型推导出平衡凝固过 冷程度也大，这样二次或高次枝晶臂将有更多的机 程中枝晶偏析比S的表达式： 1-K 会伸入液相中生长，从而起到细化枝晶臂的作用. SR=8=（1+ Koa 随着二次枝晶间距相应减小，缩短了扩散距离，有 1- 利于溶质的均匀化，从而有利于减轻合金元素在枝 1+ K。Ds△t/ (4) 晶间的偏析程度.从图3和表1中可知，在合金中 式中，Ds为固相扩散系数，△t:为局部凝固时间，L添加Hf元素，Ti、Nb、Zr等元素的偏析程度明显 为1/2枝晶臂间距，K。为溶质平衡分配系数，α为减小，这说明二次枝晶臂间距细化有利于减轻枝晶 固相反扩散因子.可以看出，若局部凝固时间△ 偏析.· 1178 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 化物中 Nb+Zr 含量减少，Ti 含量增加；当 Hf 增加 到 0.6%时，有少量的 Hf 进入到块状碳化物中，并 且促使 Zr+Nb 含量增加，取代部分 Ti. 另外，在含 Hf FGH96 合金粉末颗粒中还发现少量的含 Hf 氧 化物 HfO2. 图 7 含 0.6% Hf 的 FGH96 合金粉末颗粒内部碳化物的分布和形态. (a) 整体分布图；(b) 块状；(c) 条状；(d) 花朵状 Fig.7 Distribution and morphologies of MC0 carbides in FGH96 powders particles with 0.6% Hf: (a) total distribution; (b) regular; (c) strip; (d) petal 表 2 FGH96 合金粉末颗粒内部碳化物的化学组成表达式 Table 2 Chemical composition of MC’ carbides in FGH96 powders particles Hf 质量分数/% 块状 条状 花朵状 0 (Ti0.61Nb0.36Zr0.03)C (Ti0.61Nb0.34Zr0.05)C (Ti0.62Nb0.36Zr0.02)C 0.3 (Ti0.70Nb0.28Zr0.02)C (Ti0.70Nb0.28Zr0.02)C (Ti0.70Nb0.28Zr0.02)C 0.6 (Ti0.64Nb0.30Zr0.03Hf0.03)C (Ti0.60Nb0.37Zr0.03)C (Ti0.67Nb0.29Zr0.04)C 3 讨论 3.1 热学凝固参数与枝晶偏析 枝晶偏析是在枝晶凝固期间溶质元素分布不 均匀 (即在枝晶轴的中心和外围间溶质浓度存在差 异) 造成的. 文献 [10-11] 指出，凝固过程中的溶质再 分配和不平衡结晶是产生微观偏析的主要原因，而 不平衡结晶又与凝固过程中的热学凝固参数有关. 3.1.1 二次枝晶臂间距的细化 文献 [12] 中利用 B-F 模型推导出平衡凝固过 程中枝晶偏析比 SR 的表达式： SR = CID CDC = µ 1 + 1 Koα ¶1−Ko = µ 1 + L 2 KoDs∆tf ¶1−Ko . (4) 式中，Ds 为固相扩散系数，∆tf 为局部凝固时间，L 为 1/2 枝晶臂间距，Ko 为溶质平衡分配系数，α 为 固相反扩散因子. 可以看出，若局部凝固时间 ∆tf 和固相扩散系数 Ds 变化不大时，则二次枝晶臂间 距 (2L) 的减小将使枝晶偏析明显减轻. 从图 3 中可知，在合金中添加 Hf 元素，可以 减轻粉末的二次枝晶臂间距. 这是因为在合金一次 枝晶轴生长时， 铪将富集在固相枝晶前沿的液相 中，铪的富集增加了一次枝晶轴周围液体中的成分 过冷，这样有利于枝晶轴侧壁的二次枝晶向液相发 展. 对于二次或高次枝晶轴情况也类似. 溶质元素 在液相中的富集程度大，界面前沿液相中的成分过 冷程度也大，这样二次或高次枝晶臂将有更多的机 会伸入液相中生长，从而起到细化枝晶臂的作用. 随着二次枝晶间距相应减小，缩短了扩散距离，有 利于溶质的均匀化，从而有利于减轻合金元素在枝 晶间的偏析程度. 从图 3 和表 1 中可知，在合金中 添加 Hf 元素，Ti、Nb、Zr 等元素的偏析程度明显 减小，这说明二次枝晶臂间距细化有利于减轻枝晶 偏析