D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s1.005 北京年铁学院学报 Journal of Beijing University Special issue of Iron and Steel Technology No,21987.6 镍基高温合金氩气雾化 粉术颗粒中相的研究 李慧英胡本芙章守华 (金相教研室) 捕 要 松散粉末中的组织状态以及相组成，直接形响等静压的成型工艺，热处理后的 组织与性能，本文采用X射线物相鉴定和透射电子显薇统研兜T氢气雾化的FGH95合 金松散粉末颗粒内部的相组成，并与R。'95粉末颗松进行对比。结果指出MC型碳化 物是雾化松散粉未中主要析出相，FGH95合金粉宋中为(Nb,Ti)C、并含少量的C、 Ni,Mo等元紫，而Reae'95粉中主要为NbC.MC碳化物的形态与其成分、凝固条件 密切相关，在FGH95热中发现少：Lav相，一次Y'相和硬化物相，而且Laves相和 题化物相往往与MC碳化物以共生形态出现。 Precipitation in Ar-Atomized Nickel-base Superalloy Powders Li Huiying Hu Benfu Zhang Shouhua Abstract The precipitation phases present in argon-atomized FGH95 superalloy powd- ers were studied by X-ray diffraction,transmission electron microscopy and X-ray energy dispersive spectra techniques. The major precipitate Phase in the interior of the powder particles is identified as MC-type carbides containing Nb and Ti with some Cr,Ni,Mo and W.The morphology of MC-type carbides may be related to the composition of 29
北 京 针 铁 学 院 学 报 。 。 镍基高温合金氨气雾化 粉末颗粒中相的研究 李慧英 胡本芙 章守华 ‘ 金相教 研室 摘 要 松 敬粉末中的组织状态以 及相组成 ， 直接影 响 等睁压 的成 型工 艺 、 热处理后的 组织与 性能 。 本文采用 射线物相盛定和透射电子 显微锐研究了组气雾化的 合 金松 散粉 末顾位内部的相组 成 ，并与 ， ‘ 粉末顺 粒进 行对比 。 结果指出 型碳 化 物是雾化松散粉末中主要析 出相 合金 粉末中为 认 、 并含少址的 、 孟 、 。 等元 素 ， 而 。 。 尸 粉 中主 要为 。 碳化物的形态 与其成 分 、 凝 固条件 密 切 相关 。 在 热 中发现少胜 ，相 ， 一次 ， 相和 硼化 物相 ， 而且 盯” 相和 翻化物相往往与 碳化物以 共生形态 出现 。 一 一 赵 万 翻 九 入。 ‘ 叙 全 一 一 ， 过 一 五 呈 五 玉 一 了 悦 。 玉 ， 二。 ， ， 盯 。 一 了 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s1．005
the alloy and the condition of its solidification.Minor Phases,such as Laves phase,primary y'phase and boride phase are also present. 前 言 松散粉未颗粒的组织状态及组成相的研究是粉来高温合金研究中一项基础性的工 作，因为它直接彩响热等静压的成型工艺、热处理后的组织与性能。 松散粉末显微组织状态直接与雾化凝固过程密切相关，国外发表的研究工作大都涉 及研究单个粉宋颗粒形态和组织结构，微区域化学成分与凝固条件的关系？，松散粉 末表面碳化物与成型合金中的原颗粒界问题(PPB)的关系(2，热处理过程中粉末颗 粒内部的析出相的变化规律3~5。这些研究对促进粉未高温合金进展有着重要的作 用。但对有关相的类型，成分以及他们的形态等尚缺乏系统的观察。 本文研究了氩气雾化的FGH95合金粉末颗粒内部的相组成，并与美国Rene'95粉末 颗粒进行对比，以便寻找雾化过程的热学参数的变化对粉末颗粒质量的影响，为雾化工 艺和热等静压工艺提供参考数据。 1 材料及实验方法 (1)合金粉求成分如表1 表1FGH95合金粉末和Rene'95合金粉末化学成分 元 素，wt% 金 Cr Co Mo W Nb Al TiB“Z Ni FGH95 0.0613.808.623.483.353.48 3.462.51 0.0110,04余量 Rene'95 0.06512.877.543.513.413.463.392.560.0110.06余量 (2)对松散粉末样萃取残渣，然后对残渣进行X一射线物相鉴定。 (3)将雾化粉术俯分为一89-·+323目，将同一目的粉末颗粒用化学镀的方法固 定在-·铜块上，然后制成金相样品。在粉末颗粒的横截面上进行一级碳复型萃取析出 相。取复型样在配有能谱的H一700透射电镜上观察，加速电压为200kV。 (4)用EM-400透射电镜对粉米颗粒海晶体进行研究。 2 实验结果 2.1FGH95合金粉末 (1)从松散粉末颗粒苯取残渣的X一射线衍射结果示于表2。 30
五 了 ， ， 笼 了 ‘ 泣 前 岛一 目 松散粉 末颗粒的组织状态及组 成相的研究是粉 末高温合金研究 中一项 基 础 性 的工 作 ， 因为 它直接影响热等静压的成 型工 艺 、 热处理后的组织与性能 。 松 散粉末显微组织状 态直接 与雾 化凝 固过程密 切 相关 ， 国 外发 表的研究工作大都涉 及研究单个粉 末颗粒形 态和组 织结构 ， 微区域化学成分 与凝 固条件的关 系 ， ， 松 散粉 末表面碳 化物与成 型合金 中的原颗粒界问题 的关 系 〔 ， 热处理 过程 中粉 末颖 粒 内部的析 出相的变化规律 “ 。 这些研究对促进粉末高温 合金进展有着 重 要 的 作 用 。 但对有关相的类型 ， 成分以及他们 的形态等尚缺乏 系统的观察 。 本文研究 了氢气雾化的 合金粉末颗粒 内部的相组 成 ， 并与美国 ‘ 粉 末 甄粒进行对比 ， 以便寻 找雾化过程的热学参数的 变化对粉末颗粒质量的影响 ， 为雾化工 艺和热等静压 工艺提供 参考数据 。 材料及实验方法 合金粉 末成分 如表 表 合金粉末和 尸 合 金粉末化学 成分 元 素 ， ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 余里 余量 对松 散粉末样萃取残渣 ， 然后对残渣进行 一 射线 物相鉴定 。 习有雾化 粉 末筛分 为 一 。 一 。 目 ， 将 同一 目的粉 末颗粒 用化学镀的 方法 固 定在 一铜块 ， 然后 制 成金 相 样 品 。 在粉末颗粒 的 横截面 上进行一 级碳 复型 萃 取 析出 相 。 萃取复型样在 配 有能谱的 一 透射 电镜 上观察 ， 加速 电压 为 。 川 一 透剔 电镜 对粉末颗粒薄 晶体进 行研究 。 实验结果 合金粉末 从松散粉 末颗粒 萃取残渣的 一 射 线衍射结果示于 表
表2FGH95合金粉末的萃取残渣X-射线衍射 弩 鉴定的相及标准位日， 测量值 MC Laves M3B 2 20 d:A)I/I dA) 1/品面 d(A)J/I'品面 dA)I/I'品面i 135.3052.5402 03 2.57 VS (111) 237,4312.4007 27 2.38m (110) 840.9532.2019100 2.23 s (200) 444.3592.0405 73 2.04VS (112) 645.1732.0055 40 2.01VS (201) 6 69.4781.5529 33 1.57 m (220) 770.0451.3422 13 1.34 m (311) 871.2261.322826 1.33VS(331) 972.5251.3023 11 1.30 (302) 1076,5221.2439 10 1,26VS(312) 1180,146 1.196511 1,18 S (220) 1294.3031.05040 1.05 (313) 13100.0291.00530 1.02 (331) 14100.2061.0010 7 15103.5030,9808 0.99 (420 16103.7920.97899 17118.8820.8945G 18119.1990.8931 6 萃取残渣的X-射线结果表明，在松散的FGH95粉末中存在有MC型碳化物、Lavesi相 及M,Bz相。 (2)对金相抛光粉末截面萃取复型，在透射电镜下做低倍观袋，可以看到粉末颗 粒内部的析出相主要分布在枝晶间区城内。如图1。 图！粉末颗粒内邮析出相的分布 31
表 合金粉末的萃取残渣 一 射线衍射 侧量 位 一 一 鉴定的相及 标准值 。 ， ， 编号 艺 ， 久 晶面 、面 ， 晶面 人 ， 晶面 。 舀 。 。 。 。 。 。 。 几 。 。 了 ， 叱 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 自二上，，吮盖几︸ 名 。 。 谧 。 。 。 。 。 。 。 。 ， 。 。 。 魂 。 。 。 。 。 萃取残渣 的 一 射 线结果表明 ， 在松散的 粉末 中存在有 型碳化物 、 盯 。 相 及 。 相 。 对 金相抛光粉末截面萃取 复型 ， 在透射 电镜下 做低倍观寮 ， 可以看到粉末顺 粒 内部 的析 出相主 要分布在枝晶间区域 内 。 如图 。 … 图 粉 末物 粒 内部析 出相 的分 布
图中黑色物为苯取下来的析出相，可以看出这些相的形貌和存在的部位。有的呈单 独颗粒状、条状，有的呈串排列成行或堆积一起，在粉末颗粒中心处堆积现象尤其严 重，堆积处多为二、三个树枝品交界处。说明粉未颗粒中心可能是最后凝固处。 在高倍数透射电镜下观察，发现析出相的形态是多种多样的。 ①MC碳化物：发见有下列儿种形态，规则的几何形态、花瓣状、枝晶形态及蛛网 状。它们的形貌分别示于图2、、4、5，成分列于表3。 0.2m (a) 单独存在的方形MC碳化物 (b)方形碳化物的堆积形态 围2具有规则几何形态的MC碳化物(-160+180目) 通过选区衍射及能谱分析证明这些具有规则几何形态的相均为面心立方结构的MC 碳化物。不论单独的或堆积的，其化学成分相近，主要含有Nb和Ti,还含有一定数量 的cr,Ni,Mo元素。它们的点阵常数也相近约4.3A,其尺寸约0.2-0.44m。 表3 举取碳化物的化学成分(X射线能谐) 元 素，wt% 碳化物形态 Nb Cr Co Ni Mo 规则几何形态 单独的 24.472 59.826 3.937 6,039 5,727 堆积的 35.067 47.266 6.656 6.429 4.582 花医状 12,363 73.941 4.909 1.811 2,784 3.590 枝品形态 单独的 10.150 61,918 2.938 2.362 3.085 8,021 11.524 堆积的 11.221 51.430 8,705 4.888 15,574 8.182 蛛网状 8.,855 33.211 11.484 20.524 15,417 11.608 从图3、4以及表3可以看出花瓣状，枝品状碳化物仍为MC型碳化物，其主要含 有Nb、Ti元素，还含有一定数量的Cr、Co、Ni、W。值得指出的是，这类碳化物的成 分中Nb含量，W,Mo含量均高于前一类方型的MC碳化物，而Ti含量下降。所测的点阵 常数为4.5一4.6，A比前一类也有所增加，这与成分上的变化相一致。在图4呈堆积的技 32
图中黑色物为雄取下来的析出相 ， 可以 看出这些相的形貌和存在的部位 。 有的呈单 独颖拉状 、 条状 ， 有的呈 串排列成行或堆积一起 ， 在粉 末颗粒 中心处堆积 现 象 尤 其严 重 ， 堆 积处 多为二 、 三个树 枝 品交界处 。 说 明粉 末颗 粒 中心可能是最后凝 固处 。 在高倍数透射电镜下观察 ， 发现析 出相的 形态是 多种多样的 。 ① 碳 化物 发现 有下 列儿 种形 态 ， 规则 的几 何形 态 、 花瓣状 、 枝 品形 态及蛛 网 状 。 它 们的 形貌 分别 示 于图 吕 、 、 、 ， 成分 列 于表 。 妙 笋跳 扁翩 喃石 单独存在的方形 碳化物 方 形碳化物的堆积 形态 图 具有规则几 何形态的 碳化物 一 目 通过选区衍射及能谱分析证明这些具有规则几何形态的相均为面心立方结构 的 碳化物 。 不 论单独的或堆积 的 ， 其化学成分相近 ， 主 要含 有 和 ， 还含 有一 定 数量 的〔 ， ， 。 元 素 。 它们 的 点 阵常数也相近 约 又 ， 其尺 寸约。 一 。 。 表 萃取碳 化物的化学成分 射线能谱 元 素 ， 碳化 物 形态 规 则几 何形 态 单 独的 堆 积的 。 。 。 ， 。 。 。 。 。 花 瓣状 。 。 枝 晶 形 态 单独 的 堆 积的 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 蛛 网 状 。 。 。 。 。 。 从图 、 以 及 表 可以 看 出 花瓣状 ， 枝 晶状碳化物仍为 型碳 化物 ， 其 主 要含 有 、 元 素 ， 还 含有一 定 数量的 、 、 、 。 值得 指 出的 是 ， 这 类碳 化物的成 分 中 含量 ， ， 。 含量均高于前一 类方型的 碳化物 ， 而 含量下降 。 所测的点阵 常数为 一 ， 比 前 一 类 也有所 增加 ， 这 与成分 上的 变化 相一致 。 在 图 呈堆 积的 枝
· 0,2am 图8花花期状MC碳化物(160+180目) 图4枝品形：态的MC碳化物(-160+180门) 晶形态的碳化物成分中还可以看到，N含量下路，而Co、Cr、Ni量升高，佔计还有其 他相存在。 ; 图5蜘两状MC碳化物(-30+320月) 蜘网状MC碳化物一般多出现于细粉末颗粒中，从表3可看出这类析H出物中Nh含量 比上述几种形态碳化物明显降低，而Cr、Co、Ni、Mo含量增高。 由析出物形态和成分分析方形MC的堆积形态（图2b)、枝晶形态（图4）和蛛 网状MC碳化物（图5）实际上可能为两相或几个相共生的形态，即除MC型碳化物外 还有其他相存在。 随着粉末颗粒尺寸减小，碳化物中的Nh、Ti含量下降，W、Mo、Cr、Co的含量增 高。 33
图 贾花瓣状 碳 化物 目 图 魂 枝 晶 形态 的 碳 化物 一 日 晶 形 态的碳 化物成分 中还 可以 着到 ， 卜含最 一 降 ， 而 。 、 、 从升高 ， 估计 还 有其 他 相存在 。 图 蜘网 状 碳 化物 匕一 月 蜘 网状 碳 化 物一 般 多出现于 细粉 末颗 粒 中 ， 从 表 可看 出这 类 析 出物 中 含量 比上述几 种形 态碳 化 物明显降低 ， 而 、 。 、 、 。 含量增高 。 由析 出物形 态和成分分 析方形 的 堆 积形 态 图 、 枝 晶形 态 图 和蛛 网状 碳 化 物 图 实 际上可 能为两 相或 几个 相 共生 的 形 态 ， 即除 型 碳 化物 外 还有其他 相存在 。 随 着粉 末颗 粒尺 寸减小 ， 碳 化物 中的 、 含最下 降 ， 、 。 、 、 。 的 含最 增 高