前言

CH2761合金是一種Fe-Ni-Cr基變形高溫合金，具有屈服強(qiáng)度高、綜合性能優(yōu)異、組織穩(wěn)定等顯著優(yōu)點，可在700～750℃使用。GH2761合金的合金化程度較高，其中Ti含量高達(dá)3.20%～3.65%[,合金偏析傾向較大。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了更好地滿足產(chǎn)品要求，往往通過擴(kuò)大鑄錠直徑來達(dá)到應(yīng)用需求，而鑄錠直徑增加后又會進(jìn)一步促進(jìn)元素的微觀偏析。在GH2761合金中，Ti元素的微觀偏析易在枝晶間形成低熔點的η-Ni?Ti相，其本身既無強(qiáng)化作用，而又要消耗一部分γ'相，因此該相會降低合金的強(qiáng)度和塑性[2]。對CH2761合金鑄錠組織中的η-Ni?Ti相進(jìn)行了研究。

GH2761化學(xué)成分：

元素?C Cr Ni W Mo Al Ti Fe B Ce S P Si Mn Cu
MIX?0.02 12.0 42.0 2.8 1.4 1.4 3.2 Bal
MAX?0.07 14.0 45.0 3.3 1.9 1.85 3.65 0.015 0.03 0.008 0.02 0.4 0.5 0.2

1實驗材料及方法

首先在VIM+VAR冶煉的GH2761合金重熔鑄錠頭部切取鑄態(tài)錠作為試驗料，在試驗料的鑄錠中心區(qū)域附近取樣，經(jīng)不同的加熱溫度和保溫時間后水淬，用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察鑄態(tài)試驗中η-Ni?Ti相形貌的變化，用能譜儀分析偏析元素分布。

2實驗結(jié)果及分析

2.1鑄態(tài)組織中的η相

高倍觀察表明，鑄錠由邊緣到心部，枝晶組織越來越發(fā)達(dá)，微觀偏析程度逐漸增加。圖1(a)為鑄錠心部的鑄態(tài)組織，以白色的枝晶干為主；黑色區(qū)域為枝晶間。圖1(b)顯示了GH2761合金鑄錠心部枝晶間的組織，不規(guī)則狀的白色ηNi;Ti相為凝固結(jié)束前的液態(tài)析出相，互相平行的直板條狀η-Ni?Ti相為凝固結(jié)束后的固態(tài)析出相3J。根據(jù)過去的研究4,如果不考慮雜質(zhì)元素的影響，GH2761合金的凝固結(jié)束反應(yīng)為L→(γ+η-Ni?Ti),即最后剩余的少量液體以析出η-Ni?Ti相來結(jié)束凝固。

2.2 η相的溶解

圖2(a)是鑄態(tài)試樣在1160℃保溫30min后的水淬組織，可以看到n-Ni?Ti相已經(jīng)開始發(fā)生了明顯的溶解跡象。η-Ni?Ti相變得殘缺不全，在其周圍附近還形成了一個白色的富Ti擴(kuò)散區(qū)。在1160℃下隨保溫時間的延長，η-Ni?Ti相將逐漸回溶消失。觀察表明，1160℃下加熱，η-Ni?Ti相溶解非常迅速，如圖3(a)所示，保溫2h已基本溶解。如圖3(b)所示，1160℃保溫5h已經(jīng)使枝晶間析出的η-Ni?Ti相完全溶解，晶界完全暴露出來。在1160℃下保溫時間延長至40h,均未發(fā)現(xiàn)任何熔化的跡象。在1170℃下保溫10～80h,也均沒有發(fā)現(xiàn)引起局部η-Ni?Ti相熔化的現(xiàn)象。

圖2(b)是鑄態(tài)試樣在1180℃保溫30min后的水淬組織，η-Ni?Ti相呈團(tuán)聚狀細(xì)密地析出，其與圖1(b)所示η-Ni?Ti相在鑄態(tài)下的析出形態(tài)明顯不同。分析認(rèn)為，η-Ni?Ti相在1180℃下加熱已經(jīng)被熔化并在局部形成小的熔池，由于該熔池富Ti,在水淬過程中又重新析出了具有快冷特征的細(xì)小η-Ni?Ti相組織。即鑄態(tài)試樣在1180℃下加熱30min局部就已經(jīng)開始熔化。

鑄態(tài)組織中的低熔點相決定了合金的初始熔點，以上結(jié)果表明，GH2761合金鑄態(tài)試樣中由于低熔點η-Ni?Ti相的存在，其初始熔化溫度在1180℃。要消除η-Ni?Ti相以改善其鑄態(tài)組織，就必須在低于1180℃的溫度下進(jìn)行η-Ni?Ti相的回溶。結(jié)合以上的試驗結(jié)果，低于η-Ni?Ti相初熔溫度20℃,即在1160℃下進(jìn)行η-Ni?Ti相的回溶是合適的。

2.3 η-Ni?Ti相偏析的消除

要完全消除鑄態(tài)組織中的m-Ni?Ti相的偏析，除了使其完全回溶外，還需要使其偏析的Ti元素擴(kuò)散均勻。GH2761合金鑄態(tài)組織的凝固偏析主要表現(xiàn)為Ti元素的枝晶間偏析，沿垂直橫穿晶界的直線定點測定Ti元素含量的變化，可以反映元素偏析的變化。

如圖4(a)所示，在1160℃下保溫5h處理，雖然η-Ni;Ti相已經(jīng)全部溶入基體，但晶界處的Ti元素偏析仍然十分顯著。在1160℃下隨著保溫時間的延長，偏析程度有所改善，保溫時間延長至40h,跨越晶界的Ti含量變化顯著降低，但仍表現(xiàn)出一定程度的偏析。因此，在1160℃下保溫完成η-Ni?Ti相的完全回溶，但偏析的Ti元素擴(kuò)散效果不加。

根據(jù)以上的試驗結(jié)果，在1160℃下保溫使η-Ni?Ti相完全回溶基體并進(jìn)行部分?jǐn)U散，從而提高合金熔點；然后在1190℃下保溫，提高偏析元素擴(kuò)散的效果。如圖4(c)所示，先在1160℃下保溫20h,再經(jīng)1190℃加熱保溫30h后，Ti元素偏析基本消除。

3結(jié)論

(1)?GH2761合金鑄態(tài)組織中的低熔點η-Ni?Ti相在1160℃和1170℃下溶解非常迅速，隨保溫時間的延長，η-Ni?Ti相均能完全回溶；而在1180℃下η-Ni?Ti相發(fā)生局部熔化現(xiàn)象。

(2)GH2761合金鑄態(tài)組織在1160℃下隨保溫時間延長，跨越晶界的Ti含量變化顯著降低，但仍表現(xiàn)出一定程度的偏析；在1160℃下η-Ni?Ti相回溶后，再經(jīng)1190℃下高溫擴(kuò)散，η-Ni?Ti相的回溶及Ti元素擴(kuò)散較充分，其偏析基本消除。