K417G合金顯微組織分析

逯紅果，李化坤，田立敏，馬中鋼，李道乾

（山東瑞泰新材料科技有限公司，山東 淄博256100）

1 前 言

K417G 合金含有較高的鋁、鈦含量，具有密度低、中溫強度高和鑄造性好等優點，析出相主要為（γ+γ'）共晶組織、MC型碳化物和硼化物，適用于制造950 ℃下燃氣渦輪葉片、導向葉片和其他高溫部件，具有較好的應用前景［1］。劉巧沐［2］研究了K417G 合金中B 含量對析出相的影響，研究表明：隨著B含量的增加，（γ+γ'）共晶組織前沿形成硼化物，影響合金中疏松、共晶組織數量和持久壽命、塑形。都貝寧［3］研究了（γ+γ'）共晶組織和MX型碳化物的大小和分布對K417G 合金性能的影響。由此可見，顯微組織對K417G 合金性能的影響就顯得十分重要。除了合金元素以外，氮氣體含量對顯微組織和性能的影響也較大。已知，K417G合金中含高鋁、鈦含量，而鋁作為脫氧劑，合金中氣體含量較低。但是，在實際生產過程中，常存在氮含量較高的現象，通過探究K417G合金中顯微組織及氮元素的存在形式，尋找降低氮含量的方法。

2 試驗方法及結果

本試驗采用型號為ZGJL-500Z 真空感應爐熔煉K417G 母合金錠，化學成分見表1。試樣經鑲嵌、打磨、拋光及腐蝕后觀察其顯微組織。金相試樣的腐蝕劑為1.5 g 的CuSO4+40 mL 的HCl + 20 mL 的C2H5OH。采用Lab spark 750A 光譜儀檢測化學成分，采用ONH-900 氧氮氫儀檢測氮含量，采用FEI-Apreo-S 場發射高分辨掃描電鏡觀察顯微組織。

表1 合金化學成分（質量分數） %

2.1 氧氮結果

采用ONH-900氧氮氫儀檢測K417G合金中氮含量，三次檢測結果分別為1.5×10-5、1.7×10-5、14×10-5，氮含量較高。

2.2 微觀組織

圖1和圖2分別為K417G合金掃描照片和背散射照片及能譜分析結果。由圖1可以看出，基體中存在菊花狀（γ+γ'）共晶組織和塊狀析出相沿晶界分布。根據圖2背散射照片及能譜分析結果可知，塊狀析出相主要分為Ti（C，N）、TiC。其中，TiN 位于塊狀TiC中心。同時，基體中存在ZrC碳化物，位于（γ+γ'）共晶組織前沿。

圖1 K417G合金掃描電鏡照片

3 結 語

已知，K417G組織主要包括（γ+γ'）共晶組織和MX 型（M 為Ti、Zr；X 為N、C）碳氮化合物［1-3］。已知，K417G合金中含有較高C和Al元素。根據于文馨和姚正輝研究可知［4-5］，真空熔煉過程配合一定的真空度、精煉溫度和精煉時間，利用C 和Al 元素脫氧氮作用，能夠很好地去除合金中的氮含量，使N≤0.5×10-5。由氮檢測結果可知，該合金氮含量較高，如何進一步去除合金的氮含量，需弄清楚氮元素的主要來源。袁超［6-7］等人研究了鑄造合金中氮元素主要來源及對合金性能的影響，結果表明：氮元素主要來源于金屬鉻，氮含量過高，降低合金的力學性能。通過圖2 可知，氮元素主要由Ti（C，N）的形式分布在基體中，Ti（C，N）化合物一但形成，后期難以通過母合金重熔、熱處理等方式去除。如何解決K417G合金氮含量高的問題，可從以下幾個方面入手：1）選用氮含量低的高純金屬鉻，并對原材料進行預處理降低氮含量［6-7］；2）優化純凈化冶煉工藝，采用多次加碳、鋁技術，高溫熔體處理技術，低真空冷凍液面技術，去除鋼液中的氮元素［8-9］；3）采用新型陶瓷過濾技術過濾掉氧氮化合物，提高合金的純凈度［10］。

圖2 K417G合金背散射照片和能譜分析結果