GH4710合金為鎳基鑄鍛兩用 的高 Al 、 Ti 含量的沉淀硬化型合金， 具有良好的拉伸強(qiáng)度、高溫持久性能和疲勞性能， 是渦軸航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤類鍛件的主要材料 。 該合金在 Udimet710 合金的基礎(chǔ)上提高了 Cr 、 Ti 含量， 降低了 Co 、 Mo 、 Al 含量， 并加入W ， 從而改進(jìn)了高溫長(zhǎng)期穩(wěn)定性和抗腐蝕性能， 同時(shí)具 有 Udimet500 的 抗 氧 化 性 、 抗 硫 化 腐 蝕 性 和Udimet710 的高溫強(qiáng)度。 該合金的主要強(qiáng)化相為γ'-Ni 3 （ Al ， Ti ）， 其形成元素 Al 和 Ti 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和達(dá) 7.5% ， 使得 γ' 相 的 數(shù)量（ 體積分?jǐn)?shù)） 可達(dá) 40%～45% ， 比傳統(tǒng)鎳基變形高溫合金強(qiáng)化相總量高了近一倍。由于該合金的合金化程度非常高， 使得該合金的高溫強(qiáng)度大大提高， 塑性降低， 為典型的難變形高溫合金。

GH4710 合金的 冶煉方 法為 真空 感應(yīng)（ VIM ） +真空自 耗（ VAR ）雙聯(lián)工藝。 由于 GH4710 合金的合金化程度很高， 因此在鑄錠中不可避免地會(huì)出現(xiàn)成分偏析和枝晶間共晶析出相， 這對(duì)合金鑄錠在開(kāi)坯過(guò)程中的熱塑性及棒材乃至鍛件的組織均勻性都有不利影響。為此， 需要研究合金鑄錠的偏析規(guī)律及特點(diǎn)， 再結(jié)合元素在合金中的擴(kuò)散規(guī)律， 制定出合理的高溫均勻化工藝以消除鑄錠偏析， 最終得到均勻、細(xì)晶的盤鍛件。本文通過(guò)凝固重熔實(shí)驗(yàn)， 系統(tǒng)研究了冷卻速率對(duì) GH4710 合金偏析規(guī)律的影響， 研究結(jié)果對(duì)進(jìn)一步的均勻化工藝制定具有重要意義。

實(shí)驗(yàn)材料及研究方法

切取 準(zhǔn)17mm×17mm 的 GH4710 合金圓柱試樣進(jìn)行凝固重熔實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)合金的主要化學(xué)成分 ( 質(zhì)量分 數(shù) ， %) 如 下 ： 0.076C ， 1.52W ， 19.00 Cr ， 14.60Co ，3.4Mo ， 5.0Ti ， 2.5Al ， Fe≤1.00 ， 余量 Ni 。 凝固重熔實(shí)驗(yàn)方案如圖 1 所示。

GH4710合金元素偏析規(guī)律

表 1 和表 2 分別為使用電子探針測(cè)量的不同冷速下 GH4710 合金重熔鑄錠枝晶間與枝晶干主要偏析元素的含量及偏析系數(shù)。 圖 4 為主要偏析元素的偏析系數(shù)直觀圖。從表 1 和表 2 及圖 4 中可以看出，GH4710 合金中 Al 、 Ti 為 典型的正偏析元素，Al 、Ti原子在固相中貧乏， 在液相中富集。 合金中 Cr 、 Co元素為典型的負(fù)偏析元素，元素原子在液相中貧乏，在固相中富集。而且，四種主要元素中， Ti 的偏析程度最嚴(yán)重，Al 、Co 、Cr 的偏析程度相對(duì)要輕很多 在低冷速時(shí)， Ti 、 Al 、 Co 、 Cr 四 種主要的偏析元素受冷速影響比較大。 當(dāng) 冷速超過(guò) 3℃/min 時(shí)， Al 、 Co 、 Cr的偏析系數(shù)受冷速變化的影響就不明顯了。 而 Ti 元素的偏析受冷速影響比較大， 這是由于冷速低時(shí)， 合金凝固處于一個(gè)近似平衡凝固的狀態(tài)， 各元素在固相以及液相中都擴(kuò)散比較充分， 此時(shí) Ti 元素的偏析較輕， 隨著冷速的增加， 凝固過(guò)程越來(lái)越傾向于非平衡凝固的過(guò)程， 元素原子在固相中擴(kuò)散受抑制， 在液相中依然有著比較充分的擴(kuò)散， 因而 Ti 元素的偏析程度要加重。 隨著冷速的加大， 在 1～3℃/min 的冷速區(qū)間內(nèi)， 共晶相等析出相大量析出， 大量消耗了液相中的 Al 、 Ti 元素， 使得 Ti 、 Al 的偏析程度大大下降。隨著冷速繼續(xù)增加， 共晶相沒(méi)有充分時(shí)間長(zhǎng)大以消 耗液相中 的 Ti 原子， Ti 元素的偏析程度繼續(xù)加重。當(dāng)冷速超過(guò) 6℃/min 時(shí)，固相和液相中的元素?cái)U(kuò)散都受到 抑制，Ti 元素的偏析程度要稍 微減輕，偏析系數(shù)下降。

結(jié)論

（ 1 ）不同冷卻速率下，GH4710合金的主要合金元素中，Ti元素的偏析程度最嚴(yán)重，Al 、Co 、Cr的偏析程度相對(duì)要輕。在低冷速時(shí)，Ti 、Al 、Co 、Cr 四種主要的偏析元素受冷速影響比較大，當(dāng)冷速超過(guò)3℃/min 時(shí)，Al 、Co 、Cr 的偏析系數(shù)受冷速變化的影響不明顯。（ 2 ） GH4710 合金鑄態(tài)組織主 要由 γ 基體、 γ'相、 γ+γ' 共晶相、碳化物 MC 以及 M 23 C 6 組成。 在實(shí)際非平衡凝固條件下， 沉淀強(qiáng)化元素 Al 、 Ti 主要為正偏析元素， 主要在枝晶間 形成 γ' 相或 γ/γ' 共晶相， 而合金中 固溶強(qiáng)化元素 Cr 、 Co 元素， 在固 相中富 集， 在 液相 中 貧乏， 具有 典型的 負(fù) 偏 析 特 征。GH4710 合金元素的偏析規(guī)律主要取決于凝固過(guò)程的冷卻速率及非平衡相變的綜合作用。