釩微合金化對718合金中鈮元素偏析行為的影響

718合金（國產牌號為GH4169）是一種時效強化型鐵鎳基合金，被大量應用于航空、航天、核能、石油等領域，其產量占到所有高溫合金年產總量的一半以上。

Nb元素在該合金的微觀結構和力學性能方面扮演著重要作用。ASTMB637-2016中規(guī)定，718合金中Nb的含量范圍為4.75%～5.50%。Nb是構成γ″強化相最主要的合金元素，但它在起強化關鍵作用的同時，又成為718合金中最主要的偏析元素。尤其在鑄錠凝固階段，大量富Nb有害相析出（典型代表為Laves相），造成凝固組織中Nb的局部富集和基體中貧Nb現象，加之Nb在718合金中的擴散速率小，微觀偏析嚴重，這就導致鑄錠的均勻化處理難度增大。因而改善凝固組織中Nb的微觀偏析，能夠降低鑄錠均勻化處理難度、提高顯微組織和成分均勻性。V在奧氏體中具有較高的溶解度，是微合金化鋼最常用也是最有效的強化元素之一。V的作用往往是通過形成V（C，N）來影響材料的組織和性能。科研人員通過研究元素V對718合金鑄錠中富Nb相凝固偏析行為的影響，研究其對718合金鑄錠枝晶形態(tài)、Laves相和碳化物析出的影響。

為保證成分一致性，試驗所用材料均來自同一718母合金鑄錠。先用50kg真空感應爐冶煉718母合金，然后將其分為兩份。取其中一份直接進行真空重熔，制備標準718合金；另一份在真空重熔過程中加入微量V，制備含V（0.066%）合金。兩份合金重熔鑄錠的直徑均為Φ110mm，在自然條件下冷卻。分別沿鑄錠直徑方向在中心處經線切割取Φ8mm×5mm圓棒，用于顯微組織觀測和成分測定。

試驗結果表明，V元素的微合金化使718合金鑄錠枝晶組織得到細化，二次枝晶間距及Nb元素的偏析系數均有所降低；由于Nb元素主要分布在Laves相及碳化物中，通過對二者體積分數的定量表征，V元素的加入大大降低Laves相及碳化物的析出，體積分數降低；線掃描分析表明，距Laves相越遠，Nb元素含量越低，而含V樣品中，這種含量降低的趨勢有所減緩。

根據分析結果可知，V元素的合金化改善了718合金中Nb元素的偏析狀態(tài)，細化了枝晶組織，對降低718合金均勻化熱處理難度、提高合金成分和組織均勻性有利。含V碳化物在凝固過程中成為異質形核點，減小了凝固形核的驅動力，使得二次枝晶間距變小，表現出更小的Laves相體積分數和較細的枝晶組織。

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