K417G合金显微组织分析
2021-03-16逯红果李化坤田立敏马中钢李道乾
逯红果,李化坤,田立敏,马中钢,李道乾
(山东瑞泰新材料科技有限公司,山东 淄博256100)
1 前 言
K417G 合金含有较高的铝、钛含量,具有密度低、中温强度高和铸造性好等优点,析出相主要为(γ+γ')共晶组织、MC型碳化物和硼化物,适用于制造950 ℃下燃气涡轮叶片、导向叶片和其他高温部件,具有较好的应用前景[1]。刘巧沐[2]研究了K417G 合金中B 含量对析出相的影响,研究表明:随着B含量的增加,(γ+γ')共晶组织前沿形成硼化物,影响合金中疏松、共晶组织数量和持久寿命、塑形。都贝宁[3]研究了(γ+γ')共晶组织和MX型碳化物的大小和分布对K417G 合金性能的影响。由此可见,显微组织对K417G 合金性能的影响就显得十分重要。除了合金元素以外,氮气体含量对显微组织和性能的影响也较大。已知,K417G合金中含高铝、钛含量,而铝作为脱氧剂,合金中气体含量较低。但是,在实际生产过程中,常存在氮含量较高的现象,通过探究K417G合金中显微组织及氮元素的存在形式,寻找降低氮含量的方法。
2 试验方法及结果
本试验采用型号为ZGJL-500Z 真空感应炉熔炼K417G 母合金锭,化学成分见表1。试样经镶嵌、打磨、抛光及腐蚀后观察其显微组织。金相试样的腐蚀剂为1.5 g 的CuSO4+40 mL 的HCl + 20 mL 的C2H5OH。采用Lab spark 750A 光谱仪检测化学成分,采用ONH-900 氧氮氢仪检测氮含量,采用FEI-Apreo-S 场发射高分辨扫描电镜观察显微组织。
表1 合金化学成分(质量分数) %
2.1 氧氮结果
采用ONH-900氧氮氢仪检测K417G合金中氮含量,三次检测结果分别为1.5×10-5、1.7×10-5、14×10-5,氮含量较高。
2.2 微观组织
图1和图2分别为K417G合金扫描照片和背散射照片及能谱分析结果。由图1可以看出,基体中存在菊花状(γ+γ')共晶组织和块状析出相沿晶界分布。根据图2背散射照片及能谱分析结果可知,块状析出相主要分为Ti(C,N)、TiC。其中,TiN 位于块状TiC中心。同时,基体中存在ZrC碳化物,位于(γ+γ')共晶组织前沿。
图1 K417G合金扫描电镜照片
3 结 语
已知,K417G组织主要包括(γ+γ')共晶组织和MX 型(M 为Ti、Zr;X 为N、C)碳氮化合物[1-3]。已知,K417G合金中含有较高C和Al元素。根据于文馨和姚正辉研究可知[4-5],真空熔炼过程配合一定的真空度、精炼温度和精炼时间,利用C 和Al 元素脱氧氮作用,能够很好地去除合金中的氮含量,使N≤0.5×10-5。由氮检测结果可知,该合金氮含量较高,如何进一步去除合金的氮含量,需弄清楚氮元素的主要来源。袁超[6-7]等人研究了铸造合金中氮元素主要来源及对合金性能的影响,结果表明:氮元素主要来源于金属铬,氮含量过高,降低合金的力学性能。通过图2 可知,氮元素主要由Ti(C,N)的形式分布在基体中,Ti(C,N)化合物一但形成,后期难以通过母合金重熔、热处理等方式去除。如何解决K417G合金氮含量高的问题,可从以下几个方面入手:1)选用氮含量低的高纯金属铬,并对原材料进行预处理降低氮含量[6-7];2)优化纯净化冶炼工艺,采用多次加碳、铝技术,高温熔体处理技术,低真空冷冻液面技术,去除钢液中的氮元素[8-9];3)采用新型陶瓷过滤技术过滤掉氧氮化合物,提高合金的纯净度[10]。
图2 K417G合金背散射照片和能谱分析结果