GH4169合金是目前使用量好大的沉淀強化鎳基高溫合金，主要用于航空航天發動機渦輪盤及導向葉片和地面燃氣輪機的制造。Nb為其中γ”強化的好主要合金元素。在優質GH4169合金中，Nb元素質量分數為4.75%～5.5%。Nb元素既對合金的強化起到關鍵作用，同時又成為合金好主要的偏析元素。Nb元素的偏析會在枝晶間產生各種析出相，微觀偏析到一定程度就會產生宏觀偏析，如“黑斑”等缺陷使鋼錠報廢。因此研究Nb元素含量和冷速對于析出相行為的影響對提高GH4169合金鋼錠質量穩定性具有重要意義。

  科研人員采用某單位冶煉的不同Nb含量的GH4169合金鋼錠，結合熱力學軟件Thermo-Calc的模擬結果及電子探針成分分析，系統分析了Nb元素含量和冷速對于析出相行為的影響，旨在為GH4169合金的進一步改型提供實驗依據。

  實驗材料經真空感應冶煉的50kg直徑160mm鋼錠，Nb元素質量分數分別為5.2%、5.4%、5.6%。沿鋼錠直徑方向在邊緣、1/2半徑、中心處分別取10mm×10mm×8mm的長方體試樣，進行鑄態組織觀察和分析。鑒于實驗重點為觀察均勻化前后析出相的形態變化，因此只采用1160℃保溫20h的第1階段均勻化處理。

  將切好的試樣進行打磨拋光之后，進行電解腐蝕，利用Leo-80掃描電鏡觀察鑄態及均勻化后的組織特征。同時利用掃描電鏡觀察均勻化后的樣品的背散射電子像，分析其均勻化后殘留析出相的形態及成分分布。進而，利用熱力學軟件Thermo-Calc及相應的Ni基數據庫對GH4169合金的凝固行為進行分析。其中采用equilibrium平衡模型，計算合金系統中的平衡相的穩定性及相組成；采用Scheil-Gullier模型分析元素的偏析行為。同時，系統分析Nb元素含量變化對合金的平衡相的穩定性、相組成及元素偏析行為的綜合影響。試驗結果如下：

  （1）GH4169合金凝固過程中，Nb為主要的偏析元素，Nb元素含量的增加會降低合金初熔點和終熔點，擴大凝固區間，增加偏析形成的趨勢。

  （2）Nb元素含量的增加可以提高Laves相的析出溫度。如果Nb元素偏析濃度超過7.0%，Laves相的析出溫度會高于標準均勻化溫度1160℃，導致部分高濃度下生成的Laves相無法回溶。

  （3）根據凝固過程中各相Gibbs自由能變化規律，GH4169合金凝固過程中，達到Laves相形成溫度后，Laves相的形成激活能顯著小于MC碳化物，此階段高濃度的Nb元素含量主要用于Laves相的析出和生長，Laves相大量形成抑制了MC碳化物的進一步形成和長大，導致了Laves相與MC碳化物集合體的產生。