铁铝金属间化合物组织和性能的研究

论文摘要

本文主要是针对电弧熔炼铁铝金属间化合物组织和性能的研究。本文设计了合金成分分别是5wt.%、10.8wt.%、15.8wt.%、24.3wt.%四种不同铝含量的基体合金,对铝含量为15.8wt.%的合金进行合金化,合金元素选为C和Si,进行低温热处理试验,热处理工艺为450℃×4h、500℃×4h、550℃×4h炉冷热处理。通过金相观察、硬度测试、XRD分析、扫描电镜、DSC分析和压缩试验等手段对合金进行组织和性能分析。试验结果表明:试验所配置的合金室温下相组成分别为α（Fe）、DO3型有序金属间化合物Fe3Al和B2型有序金属间化合物FeAl,合金铸态组织为粗大的柱状晶,合金硬度随着Al含量的增加而逐渐升高。Al含量为5wt.%和10.8wt.%合金表现出好的塑性,压缩过程中存在明显屈服,Al含量为15.8wt.%和24.3wt.%的合金表现为脆性,压缩过程中无明显屈服阶段,试验直接压碎。C元素加入后合金中产生两相组织,当C含量为0.1wt.%时,在原柱状晶晶粒内析出细小针状第二相,当Al含量大于1.0wt.%时,合金的结晶组织由柱状晶转变成为树枝晶,第二相呈网络状分布在枝晶间。经XRD和扫描电镜分析证明第二相组织为Fe3AlC0.5金属间化合物相,低碳含量是第二相是从固体中析出生成的,高碳含量时第二相是直接结晶形成的。C元素加入使合金硬度提高,且合金硬度随含碳量的升高而升高。Si元素的添加并未改变合金的结晶方式,Si元素加入后合金的硬度升高,0.1Si时合金的抗压能力下降并且使合金脆化。低温热处理对Al含量为5wt.%-15.8wt.%合金的金相组织没有影响,Al含量为24.3wt.%合金经过500℃和550℃热处理后合金有新生细小晶粒产生,热处理温度升高后合金中的新生晶界变得更加清晰。这是因为原始合金中的亚晶界缺陷较多,在热处理过程中由于空位和原子的迁移亚晶界清晰。450℃和500℃热处理对5wt.%-15.8wt.%合金的硬度基本上没有影响,550℃热处理后合金的硬度增加。24.3wt.%Al合金硬度随着热处理温度升高逐渐降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 铁铝合金的结构性能特点
• 1.2.1 结构特点
• 1.2.2 高温力学性能
• 1.2.3 高温抗氧化性能
• 1.2.4 铁铝金属间化合物的室温脆性
• 1.3 铁铝金属间化合物发展状况
• 1.4 课题研究的内容及意义
• 1.4.1 课题研究意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 第2章 试验方案与方法
• 2.1 试验方案
• 2.2 制备铁铝金属间化合物的熔炼方法
• 2.3 试验用分析方法
• 2.3.1 金相试样制备
• 2.3.2 扫描电镜分析
• 2.3.3 X 射线衍射分析
• 2.3.4 硬度分析
• 2.3.5 压缩性能试验
• 2.4 热处理试验
• 2.4.1 去应力退火
• 2.4.2 均匀化退火
• 2.4.3 本工作采用的热处理工艺
• 第3章 化学成分对Fe-Al 系合金组织和性能的影响
• 3.1 Al 含量对Fe-Al 合金组织和性能的影响
• 3.1.1 合金成分
• 3.1.2 Al 含量对合金组织的影响
• 3.1.3 Al 含量变化对合金硬度的影响
• 3.1.4 Al 含量对合金压缩性能的影响
• 3.2 合金元素对铁铝金属间化合物组织和性能的影响
• 3.2.1 Fe-Al-C 系三元合金的组织和力学性能
• 3.2.1.1 碳元素对合金组织的影响
• 3.2.1.2 关于显微形貌的讨论
• 3.2.1.3 关于第二相形貌的讨论
• 3.2.1.4 C 对合金力学性能的影响
• 3.2.1.5 C 元素对合金有序化转变的影响
• 3.2.2 Fe-Al-Si 系三元合金的组织和性能
• 3.2.2.1 Si 对Fe3Al 基合金组织的影响
• 3.2.2.2 Si 对合金性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 低温热处理条件下Fe-Al 基合金组织和性能
• 4.1 450℃×4h 炉冷处理后合金的组织和性能
• 4.2 500℃×4h 炉冷热处理后合金的组织和性能
• 4.3 550℃×4h 热处理对合金组织和性能的影响
• 4.4 合金力学性能随热处理温度的变化规律
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢