張義文，韓壽波，劉建濤，胡本芙（1.鋼鐵研究總院 高溫材料研究所，北京 100081；2.高溫合金新材料北京市重點實驗室，北京 100081；.北京科技大學 材料科學與工程學院，北京 10008）

Hf在FGH4097粉末高溫合金中的相間分配行為

張義文1，2，韓壽波1，2，劉建濤1，2，胡本芙3
（1.鋼鐵研究總院 高溫材料研究所，北京 100081；2.高溫合金新材料北京市重點實驗室，北京 100081；3.北京科技大學 材料科學與工程學院，北京 100083）

采用3DAP、FEG-SEM、TEM以及物理化學相分析方法研究5種Hf含量的FGH4097粉末高溫合金中 Hf 在γ′相、MC型碳化物和γ相中的分配，以及Hf對γ′和MC析出相組成的影響。結果表明：隨著合金中Hf含量的增加，進入各相的Hf量增多，Hf進入γ′相的比例基本不變，進入MC型碳化物的比例增大，進入γ相的比例減小，即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比逐漸減小，Hf在γ′相和γ相中的分配比逐漸增大；Hf主要分配在γ′相中，其次分配在MC型碳化物中，Hf在MC型碳化物中的質量濃度大約是Hf在γ′相中的20倍。

粉末高溫合金；FGH4097；鉿；γ′相；MC型碳化物；分配

已報道的Hf元素在高溫合金中作用的研究幾乎都集中在普通鑄造及定向凝固鎳基高溫合金中。鎳基鑄造高溫合金中Hf的作用主要表現(xiàn)為對γ′相和MC型碳化物的數(shù)量和形態(tài)的影響，Hf進入MC型碳化物中，增加了MC型碳化物的數(shù)量，使?jié)h字草書狀一次碳化物MC轉變成塊狀，有效地減緩了裂紋萌生和擴展；Hf分配在γ′相中，增加了γ′/γ共晶的數(shù)量，促使晶界附近的立方形γ′相變?yōu)闃渲?，形成彎曲晶界，從而改善合金的中溫強度和塑性、持久壽命以及低周疲勞壽命?-6］。少量研究報道［7-13］，鎳基粉末高溫合金中加入的Hf進入MC型碳化物中，形成富Hf的MC型碳化物，提高了MC碳化物的穩(wěn)定性，HfC碳化物在粉末顆粒內析出，抑制了碳化物在粉末顆粒表面析出，有利于消除原始粉末顆粒邊界組織（Powder particle boundary structure，PPBS），改善了M23C6、M6C和γ′相在晶界的分布；Hf進入到γ′相中，增加了γ′相數(shù)量；從而提高合金的持久壽命、持久塑性和裂紋擴展抗力，有助于消除缺口敏感性。

綜上所述，適量的Hf無論是對鑄造還是對粉末鎳基高溫合金來說，都會通過影響相變行為而改善合金的力學性能。因此，為了更好地揭示其對相變行為的影響規(guī)律，有必要首先弄清Hf如何在各相中分配。多數(shù)文獻報道Hf主要進入γ′相，比如：含有1.5%Hf（質量分數(shù)，下同）的鎳基鑄造高溫合金中約90%Hf進入γ′相中，10%Hf進入到MC型碳化物，而在γ相中溶入的Hf量很?。?4］；定向凝固鎳基鑄造高溫合金TRW ⅥA中加入0.1%～2%（質量分數(shù)）的Hf，約有70%～75%進入γ′相，剩余的Hf進入MC型碳化物和硼化物［15］。也有的文獻報道Hf主要進入γ相，如在鎳基變形高溫合金KHN67MVTJU中加入0.35%的Hf，約有43%Hf進入γ相，29%Hf進入γ′相，28%Hf進入MC型碳化物［16］，在鎳基單晶合金中加入0.05%的Hf主要分配在γ相中［17］。粉末高溫合金NASA IIB-11中的Hf主要分配在γ′相中，余下Hf大致等量地分配在MC型碳化物和γ相中［18］。由此可見，不同Hf含量的合金中Hf在各相間的分配不同。這主要與合金中Hf含量以及合金中γ′相和MC型碳化物的含量有關。

鑄造高溫合金中固有的組織不均勻性導致元素偏析嚴重，進而影響微量元素的相間分配。而粉末高溫合金是通過快速凝固合金粉末獲得的，組織均勻，研究微量元素的相間分配規(guī)律更為有利。在粉末高溫合金中，添加Hf可以提高持久壽命，比如：當EP741NP合金中Hf的添加量由0.07%增加到0.3%時，在750℃和650 MPa條件下，光滑試樣的持久壽命由141 h提高到286 h，缺口試樣的持久壽命由200 h提高到298 h，但Hf含量過高對改善PPB和消除缺口敏感性作用不大［7］。目前，在使用的含Hf的鎳基粉末高溫合金中，如EP741NP、N18、RR1000和FGH4097等，Hf含量控制在0.3%～0.75%之間［8-10，19-22］。

為此，本文作者利用TEM、EDS、三維原子探針（3DAP）以及物理化學相分析等方法，對5種Hf含量（0、0.16、0.30、0.58和0.89，質量分數(shù)，%）的FGH4097鎳基粉末高溫合金中元素Hf在合金相間分配進行系統(tǒng)研究，確定Hf在各合金相中的含量和分配比率，找出不同含量的Hf在相間的分配規(guī)律。

1　實驗

實驗材料為不同Hf含量的鎳基粉末高溫合金FGH4097，該合金含有固溶強化元素Co、Cr、W、Mo，γ′相沉淀強化元素Al、Nb、Ti，少量的晶界強化元素B、Zr，以及微量的C和一定量的Hf，其主要成分（質量分數(shù)，%）為Co 15.75，Cr 9.0，W 5.55，Mo 3.85，Al 5.05，Ti 1.8，Nb 2.6，C 0.04，Hf 0-0.89，B和Zr微量，Ni余量。本研究中采用的5種Hf含量（質量分數(shù)，下同）分別為0，0.16%，0.30%，0.58%和0.89%。使用等離子旋轉電極法制備的合金粉末粒度為50～150 μm，采用熱等靜壓（Hot isostatic pressing，HIP）固結成形，HIP溫度為1200℃。將固結成形的試樣在1200℃保溫4 h后空冷，而后進行3級時效處理，最終時效為在700℃保溫15～20 h后空冷。采用物理化學相分析方法對5種Hf含量的FGH4097合金進行相分析，用恒電流法電解提取第二相γ′和（MC+M6C+M3B2），然后用電化學法分離γ′相和微量相（MC+M6C+M3B2），用化學法分離MC型碳化物和（M6C+M3B2）相，再后用X射線衍射（APD-10型X射線衍射儀）確定相的類型，最后用化學分析方法定量測定相的組成和含量。采用IMAGO LEAP 3000 HR?型三維原子探針（3DAP）分析Hf元素在合金中的分布，采用JEOL-2100型透射電鏡（TEM）對析出相作選區(qū)電子衍射（SAD），并采用其附配的能譜儀（EDS）進行成分分析，利用ZEISS SUPRA 55型場發(fā)射掃描電鏡（FEG-SEM）觀察γ′相形貌。

2　實驗結果

2.1合金中的相組成

5種Hf含量FGH4097合金中相含量的物理化學相分析結果如表1所列。由表1可知，5種Hf含量的FGH4097合金均由基體γ相、γ′相、MC型碳化物以及微量的M6C型碳化物和M3B2型硼化物組成，γ′相和MC型碳化物為主要第二相。隨著合金中Hf含量的增加，γ′相含量略有增加，MC型碳化物含量增加。γ′相占62%左右，MC型碳化物不超過0.34%，M6C型碳化物和M3B2型硼化物總量不超過0.21%。由此可見，添加不同Hf含量沒有改變FGH4097合金組成相的種類。

表1　不同Hf含量FGH4097合金中的相含量Table 1　Mass fraction of phases in FGH4097 with different Hf additions

圖1所示為經熱處理后的0.30%Hf合金中γ′相的形貌。由圖1可見，F(xiàn)GH4097合金中存在3種尺寸的γ′相：晶界處大尺寸長條狀γ′相為一次γ′相（γ′Ⅰ），晶內方形γ′相為二次γ′相（γ′Ⅱ），主要是在冷卻過程中形成的。在二次γ′相之間的細小球狀γ′相為三次γ′相（γ′Ⅲ），主要為時效過程補充析出而形成的。

圖10.30%Hf合金中γ′相的形貌Fig.1　Morphologies of γ′phase in FGH4097 with 0.30%Hf

圖20.89%Hf合金中MC型碳化物形貌、SAD譜和EDS 譜Fig.2　MC phase in FGH4097 alloy with 0.89%Hf：（a）TEM image；（b）Indexed SAD pattern of MC；（c）EDS pattern

圖30.89%Hf合金中的M6C相形貌及SAD譜和EDS譜Fig.3　TEM image（a），indexed SAD pattern of M6C（b）and EDS pattern（c）of M6C phase in FGH4097 alloy with 0.89%Hf

2.2Hf在不同相中的定性分析

用物理化學相分析方法對Hf在相間分配進行了定量分析。結果表明，γ相、γ′相、MC型碳化物和（M6C+M3B2）相中都含有Hf。由于M6C和M3B2化學和電化學性質非常接近，無法用物理化學相分析方法將二者分離，因此，不能判定Hf是進入M6C相還是M3B2相。

采用TEM和EDS對MC型碳化物進行了分析，結果如圖2所示。從圖2（b）中SAD譜的標定結果可以判定，方塊狀析出物為MC型碳化物；并從圖2（c）所示的EDS結果可知，MC型碳化物中含有Hf。

采用TEM和EDS對M6C相也進行了分析，結果如圖3所示。從圖3（b）中的SAD譜的標定結果可以判定方塊狀析出物為M6C相，從圖3（c）所示的EDS結果可知，M6C相中不含Hf。

由上述分析結果可以得出，MC型碳化物中含有Hf，M6C相中不含Hf，M3B2相中存在微量的Hf，這與文獻［15］報道的結果一致。

對含0.89%Hf合金中的一次γ′相（r′Ⅰ）和二次γ′相（r′Ⅱ）進行了EDS分析，結果如圖4所示。由圖4可見，一次γ′相（r′Ⅰ）和二次γ′相（r′Ⅱ）中除富含Ni、Al、Co、Ti、Nb外，還含有Hf。

FGH4097合金中γ′相含量在60%以上，由圖1（b）可知，三次γ′相間距約為20 nm，在EPMA和TEM中使用的EDS的空間分辨率分別為約1 μm和30 nm，均大于三次γ′相間距。為分析γ′相和基體γ相中的Hf元素，采用3DAP分析方法。3DAP探測的區(qū)域大小為78 nm×77 nm×227 nm，Al、Ti、Hf、Cr和Co原子的三維空間分布如圖5所示。由富集Al、Ti和Hf原子的區(qū)域可以確定為γ′相，由富集Cr和Co原子的區(qū)域可以確定為基體γ相?？梢姡谩湎嗪突wγ相中均含有Hf，Hf主要存在于γ′相中，γ相中Hf含量很少。

綜合上述分析結果表明，Hf主要分布在γ′相和MC型碳化物中。

圖40.89%Hf合金中γ′相顯微組織和EDS分析結果Fig.4　Microstructure of FGH4097 alloy with 0.89%Hf and its EDS patterns：（a）Microstructure；（b）EDS spectrum of primaryr′Ⅰ；（c）EDS spectrum of secondaryr′Ⅱ

2.3各合金相中Hf含量的定量分析

表2和3所列分別為不同Hf含量FGH4097合金中γ′相和MC型碳化物的化學組成。由表2和表3可知，F(xiàn)GH4097合金中加入 Hf，γ′相的組成由（Ni，Co）3（Al，Ti，Nb）變?yōu)椋∟i，Co）3（Al，Ti，Nb，Hf），MC型碳化物的組成由（Nb，Ti）C變?yōu)椋∟b，Ti，Hf）C；隨著合金中Hf添加量的提高，γ′相中Hf含量隨之升高，但Al含量隨之減少，Ti、Nb含量保持不變；MC型碳化物中Hf含量也隨之升高，Nb、Ti含量隨之減少。

圖50.89%Hf合金中Ti、Hf、Al、Cr和Co原子分布Fig.5　3DAP distribution of atoms in FGH4097 alloy with 0.89%Hf：（a）Ti；（b）Hf；（c）Al；（d）Cr；（e）Co

表2γ′相的化學組成Table 2　Constitutions of γ′phase in FGH4097 alloys with different Hf additions

表3MC型碳化物的化學組成Table 3　Constitutions of MC carbide in FGH4097 alloys with different Hf additions

表4所列為4種Hf含量的FGH4097合金中Hf在各相中的分配量（Hf在對應相中的質量占合金的質量分數(shù)，下同）和Hf進入各相的比例（進入各相的Hf量占添加Hf總量的分數(shù)，下同）的物理化學相分析結果。由表4可知，隨著合金中Hf含量的增加，進入各相的Hf量增多，Hf進入γ′相的比例基本不變，進入MC型碳化物的比例增大，進入γ相的比例減小。

表4　Hf在FGH4097合金各相中的分配量和進入各相的比例Table 4　Mass fraction of Hf partitioned to different phases and corresponding partition ratio

3　討論

3.1Hf在MC型碳化物及γ′相中的分配

眾所周知，合金中各種相的組成元素之間能夠任意彼此以置換方式發(fā)生相互溶解必須滿足如下條件：點陣結構相同，相中金屬原子外層價電子結構（電負性）相近，原子尺寸相差小于10%。與Ni原子相比Hf的原子半徑更接近Al的，Hf的電負性遠小于Ni的，而與Al的較接近，晶體結構與Al的近似。因此，Hf進入γ′相中可占據(jù)Al原子位置。實驗結果表明，隨著合金中Hf加入量的增加，γ′相中Hf含量逐漸增加，Al含量逐漸減少，表明Hf以置換方式取代部分Al原子，而Ti、Nb含量保持不變。由表2可計算出，當Hf含量為0.16%，0.30%，0.58%和0.89%時，γ′相中Al被Hf置換的量分別為0.2%，0.5%，1.0%和1.6%。

碳化物在合金中的相對穩(wěn)定性取決于合金元素與C的親和力，即合金元素與C之間形成共價鍵傾向的強弱。Hf元素是過渡族元素，它與碳的親和力大小主要取決于其d層電子數(shù)。金屬元素的d層電子數(shù)越少，它和C的親和力就越大，形成的碳化物在合金中也就越穩(wěn)定。Hf是屬第六周期元素中5d層電子數(shù)最少元素，所以Hf與Ti一樣是強碳化物形成元素，能夠形成穩(wěn)定的MC型碳化物。在合金中如果多種碳化物形成元素同時存在，一般強碳化物形成元素優(yōu)先與C結合形成其碳化物。FGH4097合金中由于Nb的添加量（2.6%）遠大于Hf和Ti元素的，所以在合金液態(tài)時優(yōu)先形成以Nb為主的一次碳化物NbC。合金中添加Hf時，與NbC和TiC相比，HfC的生成吉布斯自由能最低［23］，又能滿足置換所需的所有條件，所以Hf可置換Nb和Ti形成復合MC型碳化物。實驗結果表明，隨著Hf加入量的增加，MC型碳化物中Ti和Nb被置換量增大，形成以NbC為主含Hf的MC型碳化物。由表3可計算出，MC型碳化物中Ti和Nb分別被Hf置換的比例基本相同，約為1：1，與合金中Hf含量關系不大；Hf含量為0.16%，0.30%，0.58%和0.89%時，MC型碳化物中Nb和Ti被Hf置換的量分別為1.0% 和1.3%，2.2%和2.8%，4.5%和5.6%，9.0%和8.3%。

表5Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比R1和Hf在γ′相和γ相的分配比R2Table 5　Partition ratios R1and R2in FGH4097 alloys with different Hf additions

3.2Hf在相間的分配比

由表4可知，隨著合金中Hf含量的增加，Hf進入γ′相的比例基本不變，進入MC型碳化物的比例逐漸增大，進入γ相的比例逐漸減小，即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比R1逐漸減小，在γ′相和γ相的分配比R2逐漸增大。由表4中的數(shù)據(jù)可以計算出R1和R2值，結果如表5所示。R1和R2值與文獻［14，24］報道的是一致的。這表明Hf主要分配在γ′相中，其次分配在MC型碳化物中。

通常認為Hf主要進入γ′相，其次進入MC型碳化物，是指Hf的質量分配。這在鑄造高溫合金已有的研究工作和本研究工作結果中已經得到證實。如果從熱力學上講，Hf應該全部分配在MC型碳化物中，而實際上，高溫合金中的C含量不足以接納全部Hf，剩余的Hf會進入γ′相。雖然γ′相中Hf的質量含量遠高于MC型碳化物中Hf的質量含量，但是，由于FGH4097合金中γ′相含量高于MC型碳化物，實際上γ′相中Hf的濃度遠低于MC型碳化物中Hf的濃度。實驗用的5 種Hf含量FGH4097合金的密度取值為8.30 g/cm3，Nb、Ti、Hf和C的摩爾質量分別取92.9、47.9、178.5 和12.0 g/mol，NbC、TiC和HfC的密度分別取7.82、4.92和12.67 g/cm［23］，合金中γ′相的體積分數(shù)是質量分數(shù)的1.04倍［25］。利用表1、3、4中的相關數(shù)據(jù)，可以計算出Hf在γ′相和MC型碳化物中的質量濃度（單位體積合金中Hf的質量），結果如表6所示。由表1、表4和表6可知，隨著合金中Hf含量的增加，γ′相和MC型碳化物量增加，Hf進入γ′相和MC型碳化物的量也增多，而γ′相中Hf的質量濃度遠低于MC型碳化物中的質量濃度，但γ′相的量遠高于MC型碳化物的量，故大部分Hf進入γ′相。Hf在MC型碳化物和γ′相中的質量濃度比與合金中Hf含量關系不大，Hf在MC型碳化物中的質量濃度大約是Hf在γ′相中的20倍。

表6Hf在γ′相和MC型碳化物中的質量濃度Table 6　Mass concentration of Hf in γ′phase and carbide in FGH4097 alloys with different Hf additions

3.3Hf在相間的分配對相組成的影響

Hf進入γ′相和MC型碳化物，不僅改變γ′相和MC型碳化物的組成（見表2和3），同時也影響γ相的組成。物理化學相分析結果表明，隨著合金中Hf含量的增加，γ相中Co、Cr、W和Mo的含量也隨之增加（見表7）。這是由于隨著合金中Hf含量的增加，γ′相和MC型碳化物量增加，γ相中Al、Ti、Nb、Hf和C含量減少，導致Co、Cr、W和Mo在γ相的濃度增大。

表7　不同Hf含量FGH4097合金中γ相中幾種元素的含量Table 7　Element content in γ phases of FGH4097 alloys with different Hf additions

3.4在不同溫度下Hf在相間的分配

JMatPro計算結果表明（見圖6）：在含0.3%Hf的合金中，當液態(tài)合金冷卻至液固相線區(qū)間（約1351～1281℃）時，液相（L）、固相（γ相）以及一次MC型碳化物同時存在，其中γ相在約1351℃時開始形成，MC型碳化物在約1322℃時開始形成，此時Hf主要存在于液相中，少量Hf進入MC型碳化物和γ相。在1300℃下有48%的Hf進入液相，有17%的Hf進入MC型碳化物，余下35%的Hf進入γ相中。隨著凝固溫度降低，在1281℃時，液相完全轉變成γ相，此時Hf主要保留在γ相中，部分在MC型碳化物中；在1250℃下有57% 的Hf進入γ相，43%的Hf進入了MC型碳化物中。當溫度降低至γ′相固溶溫度線（1200℃）以下時，從合金中析出γ′相，Hf開始進入γ′相中，主要存在于MC中，如在1190℃下有48%的Hf進入MC型碳化物中，48% 的Hf進入γ相中，4%的Hf進入γ′相中，在950℃下則有72%的Hf進入MC型碳化物中，24%的Hf進入γ′相中，4%的Hf進入γ相中。當溫度繼續(xù)降低，析出γ′相量增多，進入γ′相中的Hf也增多，而MC型碳化物由于發(fā)生轉變而不斷減少，相對進入MC型碳化物中的Hf相應減少，在700℃下有16%的Hf進入MC型碳化物中，83%的Hf進入γ′相中，只有1%的Hf進入γ相中（見表8）。在700℃下γ′相中的Hf明顯增多，達到0.248%Hf（約83%），與實驗測定的0.255%Hf（85%）進入γ′相大致相符（見表4）。

以700℃為例計算說明如下：由圖6（a）和（b）可知，在700℃下合金中存在γ′相、γ相和MC型碳化物，3種相的含量分別為61.9%、29.8%和0.06%。由圖6（c）和（d）可知，在700℃下在γ′相、γ相和MC型碳化物中Hf含量分別為0.4%、0.01%和81.7%，由此計算出Hf進入γ′相、γ相和MC型碳化物中的量占合金中Hf含量的分數(shù)分別為83%、1%和16%。

圖6　含0.3%Hf合金中平衡相圖及不同相中pH含量的JMatPro計算結果Fig.6　Equilibrium phase diagram（（a），（b））and Hf mass fraction in different phases（（c），（d））at various temperatures calculated by JMatPro

表8　0.30%Hf的FGH4097合金中不同相中Hf含量隨溫度的變化Table 8　Hf content in precipitations of FGH4097 with 0.30% Hf addition at different temperatures

綜合上述計算結果表明，在高溫固態(tài)下Hf主要分配在γ相中，其次分配在MC型碳化物中。隨著溫度降低，從γ相開始析出γ′相時，Hf開始分配在γ′相中，Hf分配在γ相中的量減少，分配在MC型碳化物中的量增加，Hf主要分配在γ相中；從1190℃開始，Hf分配在γ′相中的量增加，分配在γ相中的量進一步減少，Hf主要分配在MC型碳化物中；從810℃開始，Hf主要分配在γ′相中，其次分配在MC型碳化物中。

由上述分析可知，Hf元素在相間分配是在合金凝固過程和后續(xù)熱處理過程中進行的。

3.5C含量對Hf在相間的分配的影響

由于Hf和C的親和力很大，HfC的生成吉布斯自由能很低，Hf和C結合生成HfC使合金體系的吉布斯自由能降低。由于Hf的原子半徑比Ni和Al的大，Hf進入γ相和γ′相中，占據(jù)γ相中Ni原子位置和γ′相中Al原子位置，造成γ相和γ′相產生晶格畸變，使合金體系的吉布斯自由能升高。如果合金中C含量很高，所有的Hf首先與C結合生成HfC，進入MC型碳化物，除非合金中添加的Hf足夠多，以至于Hf消耗掉合金中所有的C，多余的Hf才會進入γ′相。在普通鑄造及定向凝固鎳基高溫合金中C含量較高，大都在0.13%以上，鎳基粉末高溫合金中C含量較低，一般控制在0.02%～0.05%之間［8-10，19-20］?？梢灶A測，與C含量較高的鎳基鑄造高溫合金相比，鎳基粉末高溫合金中Hf在MC型碳化物中的質量分配要低，Hf在γ′相中的質量分配要高。比如：對于含0.13%C的鎳基鑄造高溫合金TRWⅥA，當Hf含量為0.4%時，有18% 的Hf進入MC型碳化物，有75%的Hf進入γ′相［15］，而含0.04%C的FGH4097合金，當Hf含量為0.3%時，只有8%的Hf進入MC型碳化物，有85%的Hf進入γ′相（見表4）。

本文作者研究發(fā)現(xiàn)，當FGH4097合金中Hf含量不同時，Hf在MC型碳化物、γ′相、γ相中的分配比不同。Hf主要分配在γ′相中，其次分配在MC型碳化物中；Hf在MC型碳化物中的質量濃度大約是Hf在γ′相中的20倍。這一研究結果在已有的研究工作中未見報道。

4　結論

1）不同Hf含量的FGH4097合金中除含有基體γ相以外，γ′相和MC型碳化物為主要組成相，還存在微量的M6C型碳化物和M3B2型硼化物。Hf促進γ′相和MC型碳化物析出，Hf主要進入γ′相和MC型碳化物，微量的Hf進入M3B2型硼化物，M6C型碳化物中未觀測到Hf。

2）Hf的加入量不同，其在相間的分配比不同。隨著合金中Hf含量的增加，進入各相的Hf量增多，Hf進入γ′相的比例基本不變，進入MC型碳化物的比例增大，進入γ相的比例減小，即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比R1逐漸減小，Hf在γ′相和γ相的分配比R2逐漸增大。

3）從質量上看，Hf主要分配在γ′相中，其次分配在MC型碳化物中。從濃度上看，γ′相中Hf的濃度遠低于MC型碳化物中Hf的濃度，在0.16%～0.89%Hf范圍內，Hf在MC型碳化物和γ′相中的質量濃度比與合金中Hf含量關系較小，Hf在MC型碳化物中的質量濃度大約是Hf在γ′相中的20倍。這表明從單位體積合金中Hf的質量分配上看，Hf主要分配在MC型碳化物中，其次分配在γ′相中。

4）Hf進入γ′相，置換Al原子，改變γ′相的元素組成，使γ′相變?yōu)椋∟i，Co）3（Al，Ti，Nb，Hf）。Hf進入MC型碳化物，置換Ti和Nb原子，也改變MC型碳化物的元素組成，使MC型碳化物變?yōu)椋∟b，Ti，Hf）C。

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（編輯龍懷中）

Partition behavior of Hf among phases in nickel-based powder metallurgy superalloy FGH4097

ZHANG Yi-wen1，2，HAN Shou-bo1，2，LIU Jian-tao1，2，HU Ben-fu3
（1.High Temperature Material Institute，Central Iron and Steel Research Institute，Beijing 100081，China；2.Beijing Key Laboratory ofAdvanced High Temperature Materials，Beijing 100081，China；3.School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）

The partition behavior of hafnium （Hf）among different phases in FGH4097 powder metallurgy（PM）superalloy with different Hf additions and its effects on the precipitation behavior of γ′phase，MC carbide and γ phase were studied by means of 3DAP，F(xiàn)EG-SEM，TEM and physiochemical phase analysis.The results show，that with increasing Hf addition，the contents of Hf in different phases increase，the mass fraction of Hf in γ′phase almost keeps unchanged，the mass fraction of Hf in MC carbide increases and that in γ matrix decreases，which means that the partition ratio of Hf between γ′phase and MC carbide decreases while the ratio between γ′phase and γ matrix increases.Mass content of Hf partitioned to γ′phase is much more than that partitioned to MC carbide，while the mass concentration of Hf in carbide is as much as 20 times of that in γ′phase.

powder metallurgy superalloy；FGH4097；hafnium；γ′phase；MC carbide；partition

Project（2014DFR50330）supported by International Science and Technology Cooperation Program of China

date：2015-04-19；Accepted date：2015-11-24

ZHANG Yi-wei；Tel：+86-10-62186736；E-mail：yiwen64@126.com

TG132.32，TG113.12

A

1004-0609（2016）-03-0535-09

國家國際科技合作專項資助項目（2014DFR50330）

2015-04-19；

2015-11-24

張義文，教授級高級工程師，博士；電話：010-62186736；E-mail：yiwen64@126.com