K417G合金显微组织分析

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