GH4710合金為鎳基鑄鍛兩用 的高 Al 、 Ti 含量的沉淀硬化型合金， 具有良好的拉伸強度、高溫持久性能和疲勞性能， 是渦軸航空發動機輪盤類鍛件的主要材料 。 該合金在 Udimet710 合金的基礎上提高了 Cr 、 Ti 含量， 降低了 Co 、 Mo 、 Al 含量， 并加入W ， 從而改進了高溫長期穩定性和抗腐蝕性能， 同時具 有 Udimet500 的 抗 氧 化 性 、 抗 硫 化 腐 蝕 性 和Udimet710 的高溫強度。 該合金的主要強化相為γ'-Ni 3 （ Al ， Ti ）， 其形成元素 Al 和 Ti 的質量分數之和達 7.5% ， 使得 γ' 相 的 數量（ 體積分數） 可達 40%～45% ， 比傳統鎳基變形高溫合金強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（ VIM ） +真空自 耗（ VAR ）雙聯工藝。 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出現成分偏析和枝晶間共晶析出相， 這對合金鑄錠在開坯過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律及特點， 再結合元素在合金中的擴散規律， 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、細晶的盤鍛件。本文通過凝固重熔實驗， 系統研究了冷卻速率對 GH4710 合金偏析規律的影響， 研究結果對進一步的均勻化工藝制定具有重要意義。

實驗材料及研究方法

切取 準17mm×17mm 的 GH4710 合金圓柱試樣進行凝固重熔實驗， 實驗合金的主要化學成分 ( 質量分 數 ， %) 如 下 ： 0.076C ， 1.52W ， 19.00 Cr ， 14.60Co ，3.4Mo ， 5.0Ti ， 2.5Al ， Fe≤1.00 ， 余量 Ni 。 凝固重熔實驗方案如圖 1 所示。

GH4710合金元素偏析規律

表 1 和表 2 分別為使用電子探針測量的不同冷速下 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。 圖 4 為主要偏析元素的偏析系數直觀圖。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 的偏析程度最嚴重，Al 、Co 、Cr 的偏析程度相對要輕很多 在低冷速時， Ti 、 Al 、 Co 、 Cr 四 種主要的偏析元素受冷速影響比較大。 當 冷速超過 3℃/min 時， Al 、 Co 、 Cr的偏析系數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， 合金凝固處于一個近似平衡凝固的狀態， 各元素在固相以及液相中都擴散比較充分， 此時 Ti 元素的偏析較輕， 隨著冷速的增加， 凝固過程越來越傾向于非平衡凝固的過程， 元素原子在固相中擴散受抑制， 在液相中依然有著比較充分的擴散， 因而 Ti 元素的偏析程度要加重。 隨著冷速的加大， 在 1～3℃/min 的冷速區間內， 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。隨著冷速繼續增加， 共晶相沒有充分時間長大以消 耗液相中 的 Ti 原子， Ti 元素的偏析程度繼續加重。當冷速超過 6℃/min 時，固相和液相中的元素擴散都受到 抑制，Ti 元素的偏析程度要稍 微減輕，偏析系數下降。

結論

（ 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重，Al 、Co 、Cr的偏析程度相對要輕。在低冷速時，Ti 、Al 、Co 、Cr 四種主要的偏析元素受冷速影響比較大，當冷速超過3℃/min 時，Al 、Co 、Cr 的偏析系數受冷速變化的影響不明顯。（ 2 ） GH4710 合金鑄態組織主 要由 γ 基體、 γ'相、 γ+γ' 共晶相、碳化物 MC 以及 M 23 C 6 組成。 在實際非平衡凝固條件下， 沉淀強化元素 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 偏 析 特 征。GH4710 合金元素的偏析規律主要取決于凝固過程的冷卻速率及非平衡相變的綜合作用。