感应放热熔炼制备NiAl-Fe合金及Fe对其性能的影响

论文摘要

本文采用大气感应放热熔炼方法制备NiAl-Fe合金,分析了NiAl-Fe合金微观组织结构,测试了在不同铁含量（wt%）条件下NiAl-Fe合金的室温塑性、压缩性能、硬度、高温抗氧化与室温抗腐蚀性能,初步阐明了组织结构与宏观性能之间的关系。 首先,根据热力学定律,通过计算反应过程中的绝热温度,证明了反应的可行性。计算结果表明:绝热温度随铁含量的增加而降低,即合金元素的加入,降低了化合物的生成放热,使熔体的绝热温度下降。结合感应熔炼与金属间化合物合成反应放热的特点,采用大气感应放热熔炼法制备铸态NiAl—Fe合金。 借助XRD对合成的合金进行相分析,对不同Fe含量的合金进行室温塑性,压缩性能和硬度测试;利用SEM对试样断口形貌进行观察。实验结果显示:Fe的加入在基体中形成了含Fe的塑性第二相,并通过裂纹与塑性相的交互作用而改善了材料的塑性和韧性。通过热处理,铸态合金的柱状晶粒被细化且组织变得均匀,使其力学性能得到改善;合成的NiAl—Fe金属间化合物,随Fe含量的升高其抗压强度整体呈上升趋势,合金的抗变形能力变的越来越好,这归因于连续分布的强化相分布于晶界,能够抑制基体晶粒间的滑动和转动并阻碍位错越过晶界,使基体晶界得到强化。而基体晶粒内部弥散分布的较小的强化相也同样强烈阻碍位错的运动,从而有效提高了基体的强度;结合三点弯断口形貌与断裂吸收功可知,Fe的加入使得断裂启动面增多且多层次化,同时裂纹扩展路径变得曲折粗糙,断裂过程中吸收的能量增大,随Fe含量的升高这现象更为明显。经热处理后材料的断裂力学性能得到极大改善。随Fe含量增加,Fe占据Ni位置,NiAl中空位浓度增加,置换型缺陷和空位型缺陷引起材料的硬化。 通过对合金抗氧化,抗腐蚀性能的测试表明,Fe的加入使合金的抗氧化与耐腐蚀性能有所降低。研究表明:NiAl表面由于能形成Al2O3,保护膜而具有很好的抗氧化性能,但随着Fe含量的增加,合金表面不再能形成连续的α-Al2O3氧化膜,从而加速了NiAl-Fe合金的氧化。同样纯NiAl在腐蚀过程中表面能形成具有良好的耐腐蚀性能的Al2O3保护膜;而NiAl-Fe合金表面除形

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 NiAl的结构与性能
• 1.2 NiAl基金属间化合物研究的现状
• 1.2.1 合金元素对NiAl合金组织的影响
• 1.2.2 NiAl金属间化合物的制备工艺
• 1.3 课题依据及意义
• 1.4 课题的研究内容
• 第二章 放热熔炼制备NiAl-Fe合金
• 2.1 热力学分析
• 2.1.1 标准反应热效应的推导
• 2.1.2 物质相对焓的计算
• 2.1.3 反应的绝热温度计算
• 2.2 实验原料
• 2.3 熔炼
• 2.4 小结
• 第三章 Fe对组织和力学性能的影响
• 3.1 Fe对合金显微组织的影响
• 3.2 Fe对合金压缩性能的影响
• 3.3 Fe对合金断裂韧性的影响
• 3.3.1 未热处理
• 3.3.2 热处理
• 3.3.3 断口SEM观察
• 3.4 Fe对合金硬度的影响
• 3.5 小结
• 第四章 Fe对氧化腐蚀性能的影响
• 4.1 Fe对NiAl氧化性能的影响
• 4.1.1 氧化动力学实验
• 4.1.2 氧化膜表面形貌SEM观察
• 4.2 Fe对NiAl腐蚀性能的影响
• 4.2.1 腐蚀动力学
• 4.2.2 腐蚀形貌SEM观察
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文