《Journal of Materials Research and Technology》：Designing the homogenization schedule for VDM780 via In-situ H-XRD: minimizing micro-segregation without sacrificing hot ductility
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本研究针对真空感应熔炼（VIM）结合电渣重熔（ESR）制备的新型VDM780高温合金铸锭，评估三种均质化周期（1100 ℃保温5 h、1100 ℃保温10 h、1150 ℃保温5 h）对显微组织均匀性与热拉伸塑性的影响。研究人员借助计算模拟与实验分析发现，11
本研究针对真空感应熔炼（VIM）结合电渣重熔（ESR）制备的新型VDM780高温合金铸锭，评估三种均质化周期（1100 ℃保温5 h、1100 ℃保温10 h、1150 ℃保温5 h）对显微组织均匀性与热拉伸塑性的影响。研究人员借助计算模拟与实验分析发现，1100 ℃-5 h周期未能实现组织均匀化，未溶颗粒与凝固偏析残留导致拉伸延伸率仅约10%；1100 ℃-10 h与1150 ℃-5 h周期因枝晶结构与未溶析出相消除，延伸率分别提升至约23%与18%。利用扫描电子显微镜（SEM）与同步热分析（STA）表征，结合X射线衍射（XRD）、反极图（IPF）及取向分布函数（ODF）织构分析，并在原位高温XRD下确认升温促进织构发展：1150 ℃-5 h样品出现均质化诱导织构，而1100 ℃-10 h在获得强度（163 MPa）与延伸率（23%）平衡、组织均匀且无均质化织构，被确定为后续锻造与成形的最优均质化条件。
研究背景与立项依据
VDM780是2014年提出的变形高温合金，以γ'相（Ni3Al型）替代Inconel 718中的γ''相，旨在提升650 ℃以上热稳定性并保持良好加工性。其高Co（约25 wt.%）设计拓宽了γ'溶解温度与δ/η相钉扎区间，锻造窗口更大。然而既往研究多基于工业锻坯，对VIM-ESR铸锭的均质化行为、枝晶偏析消除程度及均质化阶段织构起源缺乏系统认知。铸态组织存在Nb、Mo偏析与Laves/共晶残留，若均质化不足将损害后续热成形塑性；均质化温度过高则诱发晶粒粗化与{113}织构，引起各向异性。因此研究人员以“消除微观偏析且不牺牲热加工塑性”为目标，借助JMatPro模拟锁定温度-时间窗口，结合STA、SEM-EDS、室温/高温XRD与热拉伸，评价1100 ℃-5 h、1100 ℃-10 h、1150 ℃-5 h三周期。
主要技术方法概要
研究人员采用VIM+ESR工艺熔铸VDM780锭（Ni 49.2、Co 24.7、Nb 5.1、Mo 2.8、Cr 16.8、Al 2.09、Ti 0.4、Zr 0.01 wt.%），线切割取样覆盖心部等轴晶与柱状晶区。以JMatPro输入成分与二次枝晶臂间距（SDAS≈50 μm）模拟Nb再分布；STA（DSC-TGA联用，10 ℃/min，N2保护）判定γ'与共晶相溶温；OM/SEM-EDS计算Nb分配系数KNb=Ccore/Cinterdendritic；室温与真空高温XRD（至1200 ℃）获衍射峰，经ODF/IPF解析织构；1050 ℃、10-3 s-1热拉伸测强度与断裂应变。
研究结果
3.1 铸态表征与均质化模拟
JMatPro模拟显示1050 ℃下Nb梯度10 h仍显著；1100 ℃需延长保温；1150 ℃约6 h梯度大幅下降。据此选1100 ℃-5 h、1100 ℃-10 h、1150 ℃-5 h作实验组，1125 ℃仅作中间插值未实验。
3.2 同步热分析（STA）
铸态STA在~940 ℃见γ'少量溶解吸热，~1170 ℃见共晶/Laves溶解峰；冷却~927 ℃见γ'析出峰。均质化后1100 ℃-5 h在~1110 ℃仍有残余共晶吸热谷，证明不均；1100 ℃-10 h与1150 ℃-5 h共晶吸热特征消失，γ'溶解峰移至~970 ℃且更明锐，表明元素均匀化后γ'体积分数提升。
3.3 光学与扫描电镜（SEM-EDS）
1100 ℃-5 h残留枝晶，KNb≈0.45，富Nb颗粒未溶；1100 ℃-10 h枝晶消失，KNb≈0.75；1150 ℃-5 h最均匀，KNb≈0.95，但晶粒明显粗化。
3.4 原位XRD与织构（ODF/IPF）
1100 ℃-10 h样品XRD以{111}为主，IPF/ODF呈γ纤维（{111}<110>、{111}<112>）；1150 ℃-5 h样品{113}（即{311}）峰增强，ODF出现Φ≈25–35°、φ2≈45–65°组分，IPF聚集成{311}簇，证实高温促进静态再结晶/晶界迁移选择性长大形成均质化织构。对1100 ℃-10 h样做原位升温热XRD，随保温{111}衰减、{113}增强，验证“高温时长驱动{111}→{113}转变”。
3.5 热拉伸与晶粒尺寸
1050 ℃、10-3 s-1下1100 ℃-5 h延伸率~10%（残余共晶致应变局域化）；1100 ℃-10 h强度163 MPa、延伸23%；1150 ℃-5 h强度142 MPa、延伸18%，因晶粒粗化与{113}织构致强塑性双降。低应变峰归因动态再结晶（DRX）及位错-溶质交互，但未做直接金相确证。
结论翻译与讨论总结
结论部分指出：①1100 ℃以下即使延长时间仍不均；②1100 ℃-10 h与1150 ℃-5 h消除偏析，但后者诱发{113}织构；③1100 ℃-5 h不适配（延伸10%）；④1100 ℃-10 h获无均质化织构均匀组织，强度163 MPa、延伸23%，定为最优，适配后续锻造。讨论强调均质化并非“越高温越好”——1150 ℃虽化学更匀却以晶粒粗化与织构各向异性换取，反而削弱热拉伸性能；1100 ℃-10 h在扩散均匀化与组织稳定性间取得平衡。该工作发表于《Journal of Materials Research and Technology》，为VDM780铸锭工业化锻造前均质化提供了模拟-实验闭环依据，并指出1125 ℃-6~8 h可作后续精修候选。
（作者：H. Chavilian, B. Mohammad Sadeghi, S.H. Razavi, S.M. Abbasi, H.R. Abedi，伊朗科技大学冶金与材料工程学院）
