專(zhuān)利名稱(chēng)：：改善軋態(tài)鐵三鋁基金屬間化合物合金中溫持久性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種改善軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金中溫持久性能的方法。Fe3Al基金屬間化合物合金低廉的成本、極優(yōu)良的抗氧化、抗硫化性能、較高的比強(qiáng)度已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛注意，可望在某些領(lǐng)域取代不銹鋼在中高溫腐蝕環(huán)境中得到應(yīng)用。然而，室溫塑性差和中高溫強(qiáng)度的低下限制了向商用發(fā)展。因此，目前階段的工作著眼于改善其室溫塑性和中高溫瞬時(shí)強(qiáng)度。通過(guò)宏合金化和熱加工工藝的控制Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫塑性可穩(wěn)定在10-20%，600℃時(shí)的強(qiáng)度可達(dá)到500MPa[US.5084109，1992，2;金屬學(xué)報(bào)，1993，Vol29，A354-A358]。在Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫性能和中溫強(qiáng)度得到改善以后，持久壽命差成為了其向商用發(fā)展的一個(gè)重要障礙，中溫下(593℃，207MPa)Fe3Al基金屬間化合物合金的持久壽命僅2-5小時(shí)[J.Mater.Res.，1991，Vol6，P1779-P1805]，這樣中高溫有應(yīng)力環(huán)境條件下無(wú)法發(fā)揮其優(yōu)良的抗腐蝕性能。因此改善Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能的工作勢(shì)在必行。近年來(lái)，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)立實(shí)驗(yàn)室采用合金化方法，通過(guò)添加合金元素如碳化物形成元素Nb，Zr等、固溶強(qiáng)化元素Mo，F(xiàn)e3Al基金屬間化合物合金的持久壽命得到了一定程度的改善。持久性能見(jiàn)表1。其具體工藝如下合金采用電弧熔煉、1000℃-600℃軋制成0.76mm的薄板、再經(jīng)850℃一小時(shí)加500℃五天有序化處理。從表1可知，F(xiàn)e-28Al-5Cr-0.8Nb-0.5Mo-0.1Zr-0.05B合金獲得了塑性(＞10%)和持久壽命較好的配合。其余合金卻不太令人滿意，室溫塑性較好的合金持久壽命卻較低，而持久壽命較高的合金其室溫塑性極差(＜5%)。因此，盡管合金化在一定程度上能夠改善Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能，但對(duì)其它性能造成不利影響。如上面所述的室溫塑性變差、合金冶煉難度增加等。C.G.Mckamey等還指出Fe3Al基金屬間化合物合金的持久壽命對(duì)合金的成份也十分敏感，合金成份稍控制不當(dāng)持久壽命就會(huì)變得很差[DE92016018，92]。盡管熱機(jī)械處理獲得片狀拉長(zhǎng)晶粒能顯著改善Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫強(qiáng)度和塑性，對(duì)持久性能的改善卻沒(méi)有幫助。表1、Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫拉伸性能和600℃，200MPa條件下的持久性能。(合金的成分以原子百分比計(jì))<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">持久性能室溫性能合金持久壽命(小時(shí))ε％σS(MPa)ε%Fe-28Al2343934.3Fe-28Al-2Mo-0.1Zr208556985.7Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B134948016.4FA-130合金＊2026155412.6</table></tables>＊FA-130合金的具體成分為Fe-28Al-5Cr-0.5Mo-0.5Nb-0.1Zr-0.05B本發(fā)明的目的是提出一種工藝簡(jiǎn)單、易于控制但效果顯著的方法，以獲得軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金室溫塑性和中溫持久性能較好的配合。既使Fe3Al基金屬間化合物合金具有良好的室溫加工性能，又具有較高的中溫強(qiáng)度和持久壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一種新的退火方法即大晶粒處理來(lái)改善Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能。Fe3Al基金屬間化合物合金經(jīng)真空冶煉、真空澆鑄獲得。鑄錠在1000℃均勻化擴(kuò)散退火24小時(shí)后，在1000～650℃軋制成2mm的薄板，冷加工量為60%。本發(fā)明具體所涉及到的Fe3Al基金屬間化合物合金的成分(以原子百分比計(jì))Al26-30%;Cr2-10%，微量碳化物形成元素Nb、Zr及少量固溶元素Mo，還可含有少量間隙元素B、C，余量Fe。改善軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能的具體工藝為1000～1300℃退火0.5小時(shí)～3小時(shí)，油淬。中高溫下晶界遷移率高和再結(jié)晶溫度低是導(dǎo)致Fe3Al基金屬間化合物合金持久性能低的重要原因(J.Mater.Res.，1992，Vol17，P2089-2106)。中高溫下高的晶界遷移率易使晶界在外應(yīng)力作用下產(chǎn)生滑動(dòng)，過(guò)早地萌生裂紋，導(dǎo)致持久壽命降低;而再結(jié)晶溫度低，則易使金屬間化合物合金回復(fù)或再結(jié)晶發(fā)生軟化，同樣會(huì)降低持久壽命。本發(fā)明以Fe-(26-30at.%)Al-(2-10at.%)Cr為基礎(chǔ)合金，在二元Fe3Al金屬間化合物室溫塑性有所改善的基礎(chǔ)上，添加合金元素Mo、Nb、Zr、C等強(qiáng)化基體以改善中高溫持久性能。合金元素Mo固溶于Fe3Al金屬間化合物基體中，起到固溶強(qiáng)化作用，并提高鐵鋁金屬間化合物再結(jié)晶溫度20-50℃左右。此外，還提高DO3→B2轉(zhuǎn)變溫度。而Nb、Zr、C合金元素的添加，則會(huì)形成彌散碳化物粒子進(jìn)一步強(qiáng)化基體。這些因素都會(huì)有利于持久壽命的提高。采用本發(fā)明的熱處理制度，有利于晶粒的長(zhǎng)大而減少晶界數(shù)量，導(dǎo)致持久壽命的提高。如果溫度控制適當(dāng)，F(xiàn)e3Al基金屬間化合物合金的塑性還可保持在10%水平，這樣既可保持Fe3Al基金屬間化合物合金有良好的室溫加工性能，又可以使之在中高溫腐蝕環(huán)境中得到應(yīng)用。因此此熱處理工藝有一定的實(shí)際意義。為Fe3Al基金屬間化合物合金的應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。實(shí)施例試驗(yàn)合金成份(以原子百分比計(jì))分別為28%A1、5%Cr、余量Fe;28%Al、5%Cr、0.1%Zr、0.05%B、余量Fe;28%Al、5%Cr、0.1%Zr、0.5%Mo、0.5%Nb、0.05%B、余量Fe。合金采用真空感應(yīng)熔煉真空澆鑄成5Kg的鑄錠(鑄模的預(yù)熱溫度為200-600℃)，鑄錠經(jīng)1000℃均勻化擴(kuò)散退火24小時(shí)后，在1000-850℃熱軋，最后在600-650℃溫軋成2mm的薄板。持久試樣沿軋向切取，尺寸為15x4x2mm3。磨光拋光后經(jīng)1000℃退火1小時(shí)油淬或1250℃退火2小時(shí)油淬。持久試驗(yàn)條件為600℃，200MPa。上述工藝條件下，軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能見(jiàn)表2。表3為Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能和室溫拉伸性能。B2熱機(jī)械處理盡管能顯著改善Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫性能，室溫延伸率達(dá)到10-20%，強(qiáng)度近500MPa，已可與某些不銹鋼相媲美，然而此熱處理方法不能改善Fe3Al基金屬間化合物合金的持久壽命，持久壽命最好的也不超過(guò)50小時(shí)，使此合金無(wú)法在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮作用。由表2可知采用本發(fā)明所采取的方法，持久壽命有大幅度提高。Fe-28Al-5Cr合金的持久壽命由原來(lái)的1.8小時(shí)提高到9.7小時(shí)，特別是Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B(以下簡(jiǎn)稱(chēng)Fe-28Al-5CrZrB)和Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.5Mo-0.5Nb-0.05B(以下簡(jiǎn)稱(chēng)Fe-28Al-5CrZrMoNbB)合金采用本發(fā)明的熱處理工藝，改善持久壽命的效果更為顯著，分別由B2熱機(jī)械處理后的3.0小時(shí)、20小時(shí)提高到222小時(shí)、2000多小時(shí)，并且室溫拉伸性能測(cè)試表明Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B合金的室溫延伸率可保持在10.4%，強(qiáng)度為365MPa表明采用本發(fā)明的熱處理工藝不僅可顯著改善Fe3Al基金屬間化合物合金的持久壽命還可保持其良好的室溫塑性。綜上所述，本發(fā)明改善軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金中溫持久性能的方法，不僅簡(jiǎn)單易行而且效果顯著。表2、采用本發(fā)明的熱處理工藝后Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能(200Ma，600℃)。表3、經(jīng)B2熱機(jī)械處理后Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫拉伸性能和持久壽命。權(quán)利要求1.一種改善軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能的方法。該Fe3Al基金屬間化合物合金的成分范圍為(以原子百分比計(jì))Al26-30%、Cr2-10%，余量Fe。將上述軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金進(jìn)行退火，退火溫度為1000℃-1300℃，保溫時(shí)間為0.5小時(shí)-3小時(shí)，然后油淬。2.權(quán)利要求1所述軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金還可含有少量的Mo、微量Zr、Nb、B、C等。3.權(quán)利要求1所述軋態(tài)Fe3Al基金屬間化合物合金的制造工藝為鑄錠在1000℃-650℃軋制成2mm的薄板，冷加工量為60%。全文摘要一種改善軋態(tài)Fe文檔編號(hào)C22C38/18GK1094095SQ9312124公開(kāi)日1994年10月26日申請(qǐng)日期1993年12月30日優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日發(fā)明者孫祖慶,黃原定,楊王明,陳國(guó)良申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)