ICS 49.025 V 10
HB 8723.8-2023
金属材料牌号鉴别方法
第 8 部分：看谱法鉴别钴基高温合金牌号
Methods for visual spectroscopic analysis of metal materials—
Part 8：The visual spectroscopic method of identifying
cobalt-based superalloys
2023-12-29 发布 2024-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本文件按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
HB 8423《金属材料牌号鉴别方法》分为 9 个部分：
——第 1 部分：看谱法鉴别铝合金牌号;
——第 2 部分：看谱法鉴别钛合金牌号;
——第 3 部分：看谱法鉴别合金结构钢牌号;
——第 4 部分：看谱法鉴别不锈钢和耐热钢牌号;
——第 5 部分：看谱法鉴别高速工具钢牌号;
——第 6 部分：看谱法鉴别铁镍基高温合金牌号;
——第 7 部分：看谱法鉴别镍基高温合金牌号;
——第 8 部分：看谱法鉴别钴基高温合金牌号;
——第 9 部分：看谱法鉴别铜合金牌号。
本文件为 HB 8423《金属材料牌号鉴别方法》中的第 8 部分。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国航空工业集团有限公司提出。
本文件由中国航空综合技术研究所归口。
本文件起草单位：中国航发北京航空材料研究院、中国航发航空科技股份有限公司。
本文件主要起草人：陈靖、谢文博、曹方、王荣、刘晓燕、李国华、徐秋心、杨春晟、付二红、刘世英。
金属材料牌号鉴别方法
第 8 部分：看谱法鉴别钴基高温合金牌号
1 范围
本文件规定了采用看谱分析方法鉴别钴基(以钴为主要合金元素)高温合金牌号的方法原理、仪器及工作条件和鉴别步骤。
本文件适用于表 A.1 所列钴基高温合金牌号的鉴别。表 A.1 所列以外的各类钴基高温合金牌号，只要其合金元素种类及其含量(即质量分数)在本部分各相应元素含量测定强度标界定的范围内可参照使用。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 14992-2005 高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
HB 8423.1 金属材料牌号鉴别方法第 1 部分：看谱法鉴别铝合金牌号
3 术语和定义
HB 8423.1 中界定的术语和定义适用于本文件。
4 方法原理
目视观测看谱镜视场中样品在电弧或火花光源激发下辐射的可见光谱区内的光谱。采用定性测定方法判定样品的基体元素及合金元素;采用强度标法对相关合金元素，特别是特征合金元素的含量进行半定量测定;根据定性、半定量测定结果进行归类， 并与相关合金牌号成分技术条件进行比对，以判定样品所属的合金牌号。
5 仪器及工作条件
5.1 仪器
5.1.1 看谱镜
光栅色散系统或棱镜色散系统台式或便携式看谱镜。看谱镜应满足下列要求：
a) 光强：看谱镜视场应有足够的光强，在 650nm 附近能清晰地观察到样品基体元素钴双线Co645.02 与 Co645.49 及钴单线 Co649.03(见图 9);
b) 分辨率：能分辨开 Ni508.05/Ni508.11(见图 3)、Co534.27/Co534.34(见图 2)等双线组。
注：本部分中，谱线波长单位为纳米(nm)，例如：“Fe438.35”表示波长为 438.35nm 的铁谱线。
5.1.2 激发光源
激发光源为随看谱镜配置的交流电弧或低压火花光源。激发光源应能满足下列要求：
a) 激发稳定性：当分析间隙在 2mm～3mm 时，能产生稳定的电弧放电;
b) 激发能力：采用低压火花激发铝元素时，Al569.65 的检出限应不高于 1%。
5.2 工作条件
5.2.1 电源
具有独立可靠地线的单相三线电源，电压为 220V，功率不低于 1.5kW。
5.2.2 辅助电极(简称电极)
辅助电极材料为纯铜盘或锥形纯铜棒。
5.2.3 分析间隙
分析间隙一般为 1mm～2mm。特殊情况，在相关元素测定时予以说明。
5.2.4 样品预处理和激发
一般样品可不进行表面处理，带有油污、厚重锈斑、涂镀层、氧化层的样品激发面应经打磨去除表层。
样品按 5.2.1～5.2.3 规定条件进行激发。
观测预燃时间一般约为 10s。特殊情况，在相关元素测定时予以说明。
除铝元素测定采用低压火花激发外，其余各元素的测定均采用电弧激发。
6 鉴别步骤
6.1 基体元素钴的鉴别
鉴别样品是否属于钴基高温合金，可按图 1 所示的具有代表性的不同类别及基体的样品光谱的结构特征来判定。
图 1 中：I～V 是铁或铁-镍基有代表性的合金样品的谱图;VI 是有代表性的镍基高温合金GH4049样品的谱图;VII 是有代表性的钴基高温合金K640 样品的谱图。
谱图 VII 与谱图 I～VI 相比较，其明显的特征： 一是在该光谱波段范围内三条钴的特征谱线Co481.35、Co484.04 及 Co486.79 强度很高;二是铁双线 Fe491.90、Fe492.05 几乎消失或强度较低(如含铁的 GH6159 和GH6783 的谱图所示，见图 8);三是除含低铬的牌号 GH6783 和不含镍的牌号K612外，Ni491.84 和 Cr492.23 组成双线结构。据此可判定样品是否属钴基高温合金。
注：本部分图 1～图 10 均为光栅看谱镜图谱，当使用棱镜看谱镜时，线色散率会有所差异(见附录 B)。
图 1 合金分类及基体鉴别图谱
6.2 合金元素的定性测定
6.2.1 测定元素种类
定性测定元素有铬、镍、钨、钼、钛、铌、铁、钽和铝共 9 种。
6.2.2 定性测定元素分析线(组)波长及检出限
定性测定元素分析线(组)波长λ 及检出限 wL 见表 1。
定性测定元素分析线(组)在基体钴元素光谱中的位置见各元素测定图谱(图 2～图 10)及图 B.1。
表 1 定性测定元素分析线(组)波长λ 及检出限 wL
6.2.3 定性测定判定
各测定元素在样品中的含量小于表 1 中各测定元素分析线(组)的检出限时，其分析线(组)一般在样品光谱中不出现，可判定样品不含该元素;反之，则判定样品含有该元素。但是否为合金元素或残余元素，还应进行半定量测定，并参照相关合金元素成分技术条件，方可确定。
6.3 合金元素半定量测定
6.3.1 概述
表 A.1 列出了五个钴基变形高温合金、六个钴基铸造高温合金和一个钴基定向凝固高温合金的主要化学成分含量。
钴基高温合金的合金元素种类少而合金含量高。铬、镍、钨三个合金元素中铬含量差异不大(个别牌号如 GH6783 除外)，不同牌号的主要区别在于镍、钨及其他合金元素含量上的较大或显著的差异，可据此特点将各牌号进行分类(见图 11)。
6.3.2 铬的半定量测定
6.3.2.1 概述
根据需要从铬含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，铬的半定量测定分为两个测定含量区间。
6.3.2.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Cr534.58、2Cr534.83;
b) 比较线：1Co535.21;
c) 图谱：见图 2;
d) 强度标：见表 2。
图 2 铬测定图谱
表 2 铬测定强度标
6.3.2.3 测定说明
铬线强度稳定，预燃时间不作规定。
两组钴双线 Co534.27/Co534.34 和 1Co/Co535.35 强度很高，1Cr、2Cr 以及图 2 中几条铬的谱线强度也很高(GH6783 略低)，这是钴基高温合金有别于其他基体合金的又一显著的光谱结构特征，用作钴基高温合金基体鉴别的功效等同于图 1。
6.3.3 镍的半定量测定
6.3.3.1 概述
根据需要从镍含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，镍的半定量测定分为四个测定含量区间。
6.3.3.2 测定参数测定参数如下：
a) 分析线：1Ni508.05/508.11、2Ni508.41;
b) 比较线：1Co510.99;
c) 图谱：见图 3;
d) 强度标：见表 3。
图 3 镍测定图谱
表 3 镍测定强度标
6.3.3.3 测定说明
当镍含量较低时，镍线强度闪烁，应预燃约 10s 后观测。
镍测定的光谱波段与钨、钼、铌、钛测定的光谱波段基本相同， 可同时观测样品是否含有上述元素。
6.3.4 钨的半定量测定
6.3.4.1 概述
根据需要从钨含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，钨的半定量测定分为三个测定含量区间。
6.3.4.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1W505.33、2W505.46;
b) 比较线：1Cr506.77;
c) 图谱：见图 4;
d) 强度标：见表 4。
图 4 钨测定图谱
表 4 钨测定强度标
6.3.4.3 测定说明
钨属难熔元素，应预燃约 30s 后观测。
在钨分析线附近没有可用作比较线的钴线，而铬在钴基高温合金中的含量，除含低量铬的 GH6783外，其余各牌号的铬含量均较高且差异不大，铬谱线强度较一致，所以选择铬线作为比较线。
1W 与 2W 呈一强一弱的双线结构，是定性测定钨的依据。
当样品含较高量的钛时，Ti505.29(检出限约 0.5%)对 1W 及 1Cr 有干扰，但表 A.1 中含较高量钛的 GH6159 不含钨，而含有低量钛的两个牌号 K640M 和DZ640M，钛不会干扰 1W 的测定。
6.3.5 钼的半定量测定
6.3.5.1 概述
根据需要从钼含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，钼的半定量测定分为四个测定含量区间。
6.3.5.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Mo505.99;
b) 比较线：1Cr506.77;
c) 图谱：见图 5;
d) 强度标：见表 5。
图 5 钼测定图谱
表 5 钼测定强度标
6.3.5.3 测定说明
钼属难熔元素，应预燃约 30s 后观测。
在钼分析线附近没有可用作比较线的钴线，而表 A.1 中含钼的钴基高温合金中铬含量差别不大，所以选用铬线作为比较线。
K612 中钼为残余元素，其钼允许量达 2.5%，但不含镍(wNi ≤1.5%)，也不含其他合金元素，为铬-钴-钨三元合金，其牌号从组分特征上易于判定。
6.3.6 钛的半定量测定
6.3.6.1 概述
根据需要从钛含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，钛的半定量测定分为三个测定含量区间。
6.3.6.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Ti498.17;
b) 比较线：1Ni498.41;
c) 图谱：见图 6;
d) 强度标：见表 6。
图 6 钛测定图谱
表 6 钛测定强度标
6.3.6.3 测定说明
燃弧初始，钛线强度偏高，应预燃约 10s 后观测。
表 A.1 中，K612 不含镍(镍为残余元素)且不含钛，而含钛的牌号，钛含量高的镍含量也高，钛含量低的镍含量也低，易于判定钛含量的高低，所以选择镍线作比较线。
6.3.7 铌的半定量测定
6.3.7.1 概述
根据需要从铌含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，铌的半定量测定分为两个测定含量区间。
6.3.7.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Nb507.90;
b) 比较线：1Ni508.41、2Ni508.05/508.11;
c) 图谱：见图 7;
d) 强度标：见表 7。
图 7 铌测定图谱
表 7 铌测定强度标
6.3.7.3 测定说明
燃弧初始，铌线强度偏高，应预燃约 5s～10s 后观测。
表 A.1 中含铌的两个牌号 GH6159 和GH6783，其镍含量基本一致，所以选择镍线作为比较线。
1Nb 附近有 Fe507.92 及 Ni507.99，而表 A.1 中含铌的两个牌号都含有较高含量的镍和铁，1Nb 可能会受到一定程度的干扰，可根据图 2 中标示的铌线 Nb534.42 和 Nb535.07 是否出现来判定样品是否含铌。
6.3.8 铁的半定量测定
6.3.8.1 概述
根据需要从铁含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，铁的半定量测定分为三个测定含量区间。
6.3.8.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Fe492.05、2Fe491.89;
b) 比较线：1Ni491.84;
c) 图谱：见图 8;
d) 强度标：见表 8。
图 8 铁测定图谱
表 8 铁测定强度标
6.3.8.3 测定说明
在铁分析线附近没有可用作比较线的钴线，而需要从铁含量上区分的两个牌号 GH6159 和GH6783的镍含量基本一致，所以选择镍线作为比较线。
6.3.9 钽的半定量测定
6.3.9.1 概述
在表 A.1 中，只有 K640M 和 DZ640M 含有低含量的钽，钽的半定量测定只设定一个测定含量区间。
6.3.9.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Ta648.54;
b) 比较线：1Co649.03;
c) 图谱：见图 9;
d) 强度标：见表 9。
图 9 钽测定图谱
表 9 钽测定强度标
6.3.9.3 测定说明
钽的分析线(1Ta)位于红色区，人眼视觉灵敏度(视见函数)低，应调节看谱镜在红色光谱区的强(亮)度。
6.3.10 铝的半定量测定
6.3.10.1 概述
根据需要从铝含量上区分的表 A.1 所列的合金牌号(见图 11)，铝的半定量测定分为三个测定含量区间。
铝的测定采用低压火花激发。
6.3.10.2 测定参数
测定参数如下：
a) 分析线：1Al569.65、2Al572.27;
b) 比较线：1N568.62、2N567.96;
c) 图谱：见图 10;
d) 强度标：见表 10。
图 10 铝测定图谱(石墨电极)
表 10 铝测定强度标
6.3.10.3 测定说明
铝的测定采用低压火花激发，分析间隙应控制在 0.4 mm 左右。样品激发面应保持清洁干净，并与电极台(架)接触良好，防止电极台(架)与样品间发生火花放电，分散分析间隙能量，降低谱线强度，影响观测。
铝测定时采用空气中被激发的氮线作为比较线。
便携式看谱镜的分析条件难于控制，不适宜铝的测定，铝的测定多采用台式看谱镜。
表 A.1 中所列几个含铝的牌号，可从其他合金元素铁、铌、钛、钼、钨含量上来区分，若测定条件所限，也可不作铝的测定。
铝的测定也可采用石墨电极代替铜电极，以增强铝线的激发效果，二者的光谱特征无根本区别。
6.4 合金牌号判定
6.4.1 分类鉴别
根据表 A.1 中各牌号钴基高温合金化学成分组成特点，可按图 11 进行分类。根据 6.1 和 6.2 对样品基体元素和相关合金元素进行定性测定后，按图 11 即可判定样品所属的合金牌号或少许几个牌号中的某一个牌号。
6.4.2 样品牌号的最终判定
根据 6.1 和 6.2 的测定结果及图 11，在个别情况下，即可最终判定样品所属合金类别及牌号，如图 11 中的 K612，只需定性测定判定样品属铸造铬-钴类高温合金，且只含钨，即可判定样品牌号为K612。为了判定表 A.1 中的合金牌号，一般还需要通过 6.3 对 1～3 个相关特征合金元素进行半定量测
定，判定其含量在此相应的元素测定强度标界定的范围内，方可最终判定样品所属合金牌号，如图 11中 GH5188 和GH5605 两个牌号，定性判定为变形钴-铬-镍-钨类合金，还应通过 6.3.3 对钨的含量进行半定量测定，方可最终判定样品属上述两个牌号中的某一个牌号。
注 1：元素符号后面的数字表示该元素在合金中的质量分数(%)。
注 2：“≈”表示大约的范围值。
注 3：“：”表示规范的界限值。
图 11 钴基高温合金牌号按化学成分(GB/T 14992-2005)组成特点分类框图分类框图
附录 A
(资料性)
钴基高温合金牌号及主要化学成分
钴基高温合金牌号及主要化学成分参见表 A.1。
表 A.1 钴基高温合金牌号及主要化学成分 a
附录 B
(规范性)
看谱分析用钴-铜电弧可见光谱图
采用 WK-1 型光栅看谱镜摄制的看谱图谱见图 B.1。
图 B.1 为各测定元素铬、镍、钨、钼、钛、铌和铁的分析线(组)在钴-铜电弧光谱在的位置，波长范围为 490nm～548nm。
在图 B.1 所示的波长范围内，线色散率 Lλ 基本为一常数，约为 3.7mm/nm。若采用棱镜看谱镜，如 WX-5 型、WX-6 型等，则线色散率 Lλ 与波长λ 值有关。在谱图摄制条件相同的情况下， WX-6型的线色散率 Lλ与波长λ 的关系见表 B.1。
表 B.1 棱镜看谱镜 WX-6 的线色散率 Lλ 与波长λ 的关系
注 1：钽元素分析线 1Ta 位于红色光谱区域。
注 2：铝元素分析线 1Al 及 2Al 可采取激发铝或铝合金的方法，在黄色光谱区域确定位置。
