图1b中析出物有白亮相与灰色相2种 ， 白亮相多呈块状或颗粒状 ， 且没有明显边界包围 ， 分布于晶界和晶内；灰色相呈块状且有明显边界包围 ， 多孤立分布在晶内 。 由能谱分析结果（表2）可知 ， 白亮相富含Cr ， 为M23C6 ， 而灰色相则富含W ， 为M6C 。 铸锭铸态组织中主要元素的偏析情况如表3所示 。 C、Cr、Mn、Fe、W的K值大于1 ， 为正偏析元素；Ni的K值小于1 ， 为负偏析元素 。 从元素偏析比可以看出 ， 合金中偏析最严重的元素为Mn元素和Cr元素 。 由于Mn元素在合金中的含量很少（<1%） ， 对合金性能影响不是很大 ， 因此在制定合金均匀化工艺的过程中应该主要考虑让Cr元素扩散均匀 。
2.1.2热力学模拟计算
将GH5188合金的化学成分作为Thermo-Calc软件的输入条件 ， 根据相图计算结果 ， 可得到可能析出的平衡相 ， 并揭示各析出相的析出规律(图2) 。
由图2可知 ， 合金基体相为γ相 ， 主要析出相为M6C和M23C6相 。 M6C开始析出温度为1252℃ ， M23C6的开始析出温度为1175℃ ， 且M6C有着更高的相比例 ， 因此该合金的一次碳化物应该为M6C相 。 同时 ， 合金的初熔点在1300℃左右 ， 因此在进行均匀化处理的时候 ， 温度应该低于1300℃ 。
利用Thermo-Calc软件计算GH5188合金非平衡凝固过程 ， 得到相的析出情况和元素再分配规律 。 Thermo-Calc的非平衡凝固计算是基于Sheil-Gulliver凝固模型 ， 即认为在合金的凝固过程中 ， 各元素在固相里完全不扩散 ， 而在液相里完全扩散 ， 凝固过程的凝固路径和元素再分配规律模拟计算结果见图3 。 从图3a可以看出 ， 典型成分的GH5188合金的凝固温度范围为1383~1235℃ ， 合金从液相开始冷却 ， 首先凝固结晶出γ相 。 当温度下降到1289℃时 ， M6C相开始与γ相一起析出 。 温度继续下降到1265℃时 ， M23C6相、γ相和M6C相同时析出 。 2种碳化物析出温度较低 ， 故一次碳化物在枝晶间和晶界处析出较多 ， 且可能存在着伪共晶组织 。 图3b给出了GH5188合金凝固过程的元素再分配规律 ， 可以看出 ， Cr和W元素为正偏析元素 ， 主要在基体的枝晶间富集；而Ni元素为负偏析元素 ， 主要在基体的枝晶干富集 。 铸锭组织中相析出情况和元素偏析情况 ， 与Thermo-Calc模拟计算结果吻合 。 因此 ， 在制定GH5188合金的均匀化和热处理制度时 ， 应该重点考虑合金中Ni ， Cr和W的元素偏析问题 。
式中 ， Q为元素扩散激活能；D0为扩散常数；T为温度 。 运用DICTRA以及相应的数据库可计算得到Cr元素在GH5188合金中 ， 扩散常数D0=2.7561×10-4m2/s ， 激活能Q=286.48kJ/mol 。
根据式(1) ， 绘制Cr元素的偏析指数在不同温度下随保温时间的变化的理论计算曲线如图4所示 。 从分析可以得知 ， 对于Cr元素来说 ， 分别在1220、1200、1180、1160和1140℃下分别只需要保温9、12、16、19和26h就可以使元素偏析指数降到0.2以下 。 为了验证理论计算的可行性 ， 也为了进一步实验分析GH5188合金铸锭的均匀化过程元素的偏析规律 ， 设定了均匀化实验方案：温度从1140℃至1220℃ ， 保温时间从10h到30h 。
铸态组织在不同温度下保温10h后 ， 枝晶开始退化 ， 但退化并不显著 ， 保温温度分别在1140、1180℃时 ， 枝晶组织依然明显（图5a、5b） 。 随着保温温度的升高 ， 枝晶形貌逐渐模糊 ， 边缘逐渐消失 。 在1220℃时 ， 枝晶得到了比较完全的退化 ， 枝晶干模糊 ， 枝晶干和枝晶间开始有融合的趋势（图5c） 。 另外 ， 相比于原始铸态组织 ， 随着保温温度的升高 ， 枝晶间的碳化物先增多后减少 ， 保温温度在1140、1160℃时 ， 枝晶间有大量二次碳化物析出 ， 1180℃时 ， 二次碳化物基本溶解 。 这是由于在1140、1160℃均匀化扩散退火保温10h ， 温度较低、时间较短 ， Cr、W等碳化物形成元素未能扩散均匀 ， 退火过程形成碳化物在枝晶间大量析出 。
在1220℃下保温 ， 虽然枝晶退化较完全 ， 但样品内部出现了较多的孔洞 ， 这可能是由于基体与析出相的膨胀系数不同 ， 导致加热到1220℃后基体强度下降 ， 发生塑性变形释放内应力 ， 而碳化物回溶留下孔洞 。 所以在本实验中较为合适的均匀化温度为1200℃ 。 铸锭心部试样在1200℃保温10、20、30h的组织如图6所示 。
1200℃保温20h以后 ， 基本看不到枝晶组织 。 保温30h时 ， 相比保温20h组织更为均匀 。 但由于保温时间过长 ， 样品内部出现了比较多的孔洞 。 GH5188合金铸锭在1200℃均匀化保温10、20、30h后Cr元素的偏析情况如表4所示 。
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