D0L:10.13374.issn1001-053x.2013.09.011 第35卷第9期 北京科技大学学报 Vol.35 No.9 2013年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2013 含Hf镍基粉末高温合金快速凝固粉末颗粒特性 胡鹏辉)，刘国权12)区，胡本芙)，马文斌1)，张义文3)，刘建涛3) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 2)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 3)北京钢铁研究总院高温研究所，北京100081 ☒通信作者，E-mail:g.liu@ustb.edu.cn 摘要采用扫描电镜、透射电镜及其附带的能谱仪和碳复型萃取技术等多种手段研究了不同Hf含量的FGH96合金 粉末颗粒显微组织、枝晶间合金元素偏析和析出相.发现H含量可以改变粉末颗粒内部树枝晶、胞状长大晶和微晶凝 固组织的比例，粉末的快速凝固组织形态主要取决于冷却速率和固液界面前沿温度梯度与长大速度的比值.不同H含 量的FGH96合金粉末颗粒中，Nb、Ti、Zr和A均富集于枝晶间，Co、Cr、W和Ni均富集于枝晶轴.当Hf质量分数 为0.3%时，Ti、Nb、Zr、Hf等强碳化物形成元素的枝晶偏析程度最小.在快速凝固粉末颗粒中，Hf对氧含量比碳含量 更敏感，优先形成更稳定的氧化物HfO2 关键词高温合金：铪：显微组织：枝晶：偏析：碳化物 分类号TG132.3+2 Characteristics of rapidly solidified powder particles in Hf-modified nickel-based P/M superalloys HU Peng-hui),LIU Guo-quan12),HU Ben-fu),MA Wen-bin,ZHANG Yi-wen3),LIU Jian-tao3) 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)High Temperature Material Research Institute,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100081,China Corresponding author,E-mail:g.liu@ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of Hf content on the microstructure,dendrite microsegregation and precipitated phase of FGH96 superalloy powders were investigated by scanning electron microscopy,transmission electron microscopy with energy-dispersive spectrometry,and carbon extraction method.It is found that Hf content can change the proportion of dendrite,cellular and microcrystal structures.The microstructures of the superalloy powders mainly depend on cooling rate and the ratio of thermal gradient to solid/liquid interface velocity.Nb,Ti,Zr and Al elements enrich between the dendrite arms,but Co,Cr,W and Ni elements enrich in the dendrite axis for all FGH96 superalloy powders with different Hf contents.The dendrite microsegregations of Ti,Nb,Zr and Hf elements are the least when the mass fraction of Hf is 0.3%.Hf is more sensitive to the oxygen content than the carbon of the rapidly solidified powder particles,and forms the stable oxide of HfO2 firstly KEY WORDS superalloys;hafnium;microstructure;dendrites;segregation;carbides 镍基粉末高温合金可用于制造高推重比发动 工性能差，成形困难等问题，有效地保证了航空发 机的热端部件，由于其恰当地解决了传统铸锻高 动机的可靠性和耐久性，是现代高推重比航空发动 温合金随合金化程度提高而产生的严重偏析，热加 机涡轮盘等关键部件的首选材料-).目前，美 收稿日期：2012-07-13 基金项目：因家重点基础研究发展计划资助项目(2010CB631204)第 35 卷 第 9 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 9 2013 年 9 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep. 2013 含 Hf 镍基粉末高温合金快速凝固粉末颗粒特性 胡鹏辉 1)，刘国权 1,2) ，胡本芙 1)，马文斌 1)，张义文 3)，刘建涛 3) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083 3) 北京钢铁研究总院高温研究所，北京 100081 通信作者，E-mail: g.liu@ustb.edu.cn 摘 要 采用扫描电镜、透射电镜及其附带的能谱仪和碳复型萃取技术等多种手段研究了不同 Hf 含量的 FGH96 合金 粉末颗粒显微组织、枝晶间合金元素偏析和析出相. 发现 Hf 含量可以改变粉末颗粒内部树枝晶、胞状长大晶和微晶凝 固组织的比例，粉末的快速凝固组织形态主要取决于冷却速率和固液界面前沿温度梯度与长大速度的比值. 不同 Hf 含 量的 FGH96 合金粉末颗粒中，Nb、Ti、Zr 和 Al 均富集于枝晶间，Co、Cr、W 和 Ni 均富集于枝晶轴. 当 Hf 质量分数 为 0.3%时，Ti、Nb、Zr、Hf 等强碳化物形成元素的枝晶偏析程度最小. 在快速凝固粉末颗粒中，Hf 对氧含量比碳含量 更敏感，优先形成更稳定的氧化物 HfO2. 关键词 高温合金；铪；显微组织；枝晶；偏析；碳化物 分类号 TG132.3+2 Characteristics of rapidly solidified powder particles in Hf-modified nickel-based P/M superalloys HU Peng-hui 1), LIU Guo-quan 1,2) , HU Ben-fu 1), MA Wen-bin 1), ZHANG Yi-wen 3), LIU Jian-tao 3) 1) School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) High Temperature Material Research Institute, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China Corresponding author, E-mail: g.liu@ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of Hf content on the microstructure, dendrite microsegregation and precipitated phase of FGH96 superalloy powders were investigated by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy with energy-dispersive spectrometry, and carbon extraction method. It is found that Hf content can change the proportion of dendrite, cellular and microcrystal structures. The microstructures of the superalloy powders mainly depend on cooling rate and the ratio of thermal gradient to solid/liquid interface velocity. Nb, Ti, Zr and Al elements enrich between the dendrite arms, but Co, Cr, W and Ni elements enrich in the dendrite axis for all FGH96 superalloy powders with different Hf contents. The dendrite microsegregations of Ti, Nb, Zr and Hf elements are the least when the mass fraction of Hf is 0.3%. Hf is more sensitive to the oxygen content than the carbon of the rapidly solidified powder particles, and forms the stable oxide of HfO2 firstly. KEY WORDS superalloys; hafnium; microstructure; dendrites; segregation; carbides 镍基粉末高温合金可用于制造高推重比发动 机的热端部件，由于其恰当地解决了传统铸锻高 温合金随合金化程度提高而产生的严重偏析，热加 工性能差，成形困难等问题，有效地保证了航空发 动机的可靠性和耐久性，是现代高推重比航空发动 机涡轮盘等关键部件的首选材料 [1−3] . 目前，美 收稿日期：2012-07-13 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目 (2010CB631204) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.09.011