定向凝固GH4742高温合金中组织、偏析和析出相演变

GH4742高温合金是一种先进的结构材料，广泛应用于航空航天、船舶、核电等领域。真空电弧重熔（VAR）通常作为最终熔炼工序，其凝固组织、元素分布和缺陷直接决定了合金的加工和机械性能。本文以区域定向凝固炉模拟真空自耗炉的定向凝固特征，研究了GH4742高温合金在大跨度的冷却速率下的微观结构、元素偏析和析出的演变规律。基于多种镍基高温合金的统计对比，结果表明，在高冷却速率下，主枝晶间距与G1/2V1/4有明显的线性关系，其中G和V是温度梯度和拉速。随着冷却速率的降低，一级枝晶间距以一种分散的方式增加。在所有的冷却速率范围内，二级枝晶臂间距与 (GV)?0.4明显线性相关。元素偏析的程度随着冷却速率的增加而增加，随后逐渐减少，这是由于溶质反扩散和树枝状结晶尖端过冷之间的竞争造成的。随着凝固速度的增加，γ′、碳化物和非金属夹杂物的尺寸逐渐减小。γ′沉淀物的形态从梅花状变为立方体，再变为球形。碳化物的形态从块状变为细条状，然后变为汉字状。碳化物的形态受树枝状间形状和元素扩散共同控制。夹杂物以复合夹杂物为主，通常表现为Ti(C,N)以氧化物为异质成核中心，碳化物的外表面包裹的三层结构。随着冷却速率的增加，复合夹杂物的数量密度先增加后减少，这与元素偏析行为密切相关。