鎳基粉末高溫合金中γ′相的形貌特征的定量表征研究

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1、鎳基粉末高溫合金中γ′相的形貌特征的定量表征研究作者：溫瑩田高峰劉國(guó)權(quán)胡本芙【摘要】為在鎳基粉末高溫合金中獲得理想的γ′相顯微組織，對(duì)γ′粒子特征進(jìn)行定量表征和科學(xué)控制非常必要。本文采用ImageProPlus，ImageTool和Origin等軟件工具，對(duì)鎳基粉末高溫合金γ′強(qiáng)化相粒子的形態(tài)、分布以及尺寸等形貌特征進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明：等效直徑、縱橫比、形狀因子（或緊密度）等參數(shù)的引入，可以有效地將粒子的尺寸、尺寸分布和形貌特征量化，更加直觀和科學(xué)地反映γ′相粒子的析出特征?！娟P(guān)鍵詞】高溫合金；γ′相粒子；形貌特征；粒子形狀；粒子

2、尺寸；尺寸分布Abstract:Inordertoobtainthedesiredmicrostructure,theγ′particlesinalloysshouldbecharacterizedquantitativelyfirst.Inthearticle，themorphologycharacterizationsofγ′phaseparticlesinaP/Mnickelbasesuperalloy,suchastheshape,distributionandsize,havebeeninvestigatedbyusingth

3、esoftageProPlus,ImageToolandOrigin.Theresultsshoeter,aspectratio,shapefactor(orpactness)areeffectiveparametersforquantitativecharacterizationofγ′phaseparticlesintheP/Mnickelbasedsuperalloy.Keyorphologycharacterization;particleshape;particlesize;sizedistribution引言γ′相是鎳基粉

4、末高溫合金中最主要的強(qiáng)化相［1,2］，冷卻過(guò)程中γ′相粒子的大小、分布以及形貌等析出特征與合金性能密切相關(guān)。因此，為獲得理想的((相顯微組織，采用恰當(dāng)?shù)膮?shù)對(duì)γ′強(qiáng)化相形貌特征進(jìn)行表征尤為重要。本文利用ImageProPlus、ImageTool和Origin等軟件工具，對(duì)鎳基粉末高溫合金（FGH4096）冷卻過(guò)程中析出的γ′相的形態(tài)、分布以及尺寸等特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并選用等效直徑、縱橫比、形狀因子和緊密度等參數(shù)對(duì)γ′析出特征進(jìn)行了定量表征，力求得到一種準(zhǔn)確有效地描述粒子形貌特征的方法。1實(shí)驗(yàn)和測(cè)算方法〖*2〗1.1實(shí)驗(yàn)材料與工藝實(shí)驗(yàn)用鎳

5、基粉末高溫合金（FGH4096）其化學(xué)成分如表1所示，試樣采用線切割取自鍛態(tài)盤件的盤心部位，尺寸規(guī)格8×10mm。冷卻熱處理試驗(yàn)在Gleeble1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。為了得到不同形貌特征的γ′相粒子，冷卻實(shí)驗(yàn)分為兩組：首先，將小塊合金鍛造試樣在1150℃×5min下固溶處理，得到過(guò)飽和的單相固溶體。然后，一組試樣以較快冷速（4.3℃/s）冷至750℃，水淬至室溫；另一組試樣以較慢的冷卻速度（0.4℃/s）冷至750℃，水淬。具體控制冷卻實(shí)驗(yàn)工藝規(guī)程如圖1所示。熱處理后的試樣經(jīng)過(guò)線切割、機(jī)械研磨后，進(jìn)行電解拋光與電解浸蝕，拋光液和

6、浸蝕液分別為：20%H2SO4+80%CH3OH和85mlH3PO4+5mlH2SO4+7.5gCrO3。在XL30SFEG（FieldEmissionGun）型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下觀察并拍照合金的顯微組織。表1實(shí)驗(yàn)合金的化學(xué)組成1.2體視學(xué)分析利用圖像分析軟件ImageProPlus對(duì)γ′相粒子的面積，周長(zhǎng)，最長(zhǎng)軸（MajorAxis）和最短軸（MinorAxis）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；使用Origin軟件工具得到表述γ′相粒子形貌特征的參數(shù)：等效直徑（FeretDiameter），縱橫比(AspectRatio)，形狀因子(ShapeFac

7、tor)和緊密度(pactness)［3］，其計(jì)算公式見(jiàn)式（1）～（4）。為了與上述表征方法進(jìn)行比較，本文還使用ImageTool和Origin軟件對(duì)γ′相粒子的平均直徑(MeanDiameter)進(jìn)行了定量測(cè)定。等效直徑：FeretDiameter=4Areaπ,(1)縱橫比：AspectRatio=MinorAxisLengthMajorAxisLength,(2)形狀因子：pactness=Perimeter2Area,(3)緊密度：ShapeFactor=4πAreaPerimeter2.(4)γ′相粒子的尺寸分布數(shù)據(jù)采用Orig

8、in處理，以柱狀圖表示，橫坐標(biāo)表示直徑大小，縱坐標(biāo)表示一定尺寸γ′相粒子出現(xiàn)的頻率。分別測(cè)量了γ′相粒子的等效直徑和平均直徑。首先利用ImageProPlus測(cè)量每個(gè)γ′顆粒的面積，利用公式