專利名稱：改善鑄態Fe的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種改善鑄態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具有優異的高溫抗氧化、抗硫化性能、較低的密度、低廉的成本，可望取代不銹鋼在某些中高溫腐蝕環境中得到應用。然而，嚴重的室溫脆性和600℃以上低的高溫強度妨礙了它的推廣應用及商品化。八十年代末，美國橡樹嶺國立實驗室對Fe3Al金屬間化合物的脆性本質展開系統研究，發現導致Fe3Al室溫脆性的原因主要來自兩個方面，一是解理強度低，二是由環境中的氫所致。通過添加合金元素Cr，提高了解理強度，降低了反相疇界能，室溫塑性得到了一定程度的改善，室溫拉伸延伸率達到9%左右(參見J.Mater.Res，1989，Vo14 p1156-1163)。九十年代初，通過合金化及熱加工工藝控制，Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫環境脆性敏感程度進一步降低，室溫塑性和600℃瞬時強度獲得較大幅度的改善，其瞬時性能已可與某些不銹鋼相比美(參見 WO90/10722，1990，9，US491903，1989，7;US5084109，1992，2;金屬學報，1993，Vo129(A)，p354-358)，而中溫持久性能的改善卻進展遲緩。根據已公開文獻報道，美國橡樹嶺國立實驗室采用多元合金化手段，添加合金元素Cr、Mo、Nb、Zr、V、Y、C等，獲得近150種Fe3Al基金屬間化合物合金試圖通過成分的優化組合來改善中溫持久性能。在593℃、207MPa的條件下，持久壽命達到200小時(J.Mater.Res，1991，Vo16，p1779-1805)。材料的具體制備工藝是電弧爐熔煉，經1000-850℃熱軋、650℃溫軋加工成0.76mm的薄板。盡管多元合金化在一定程度上改善了Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能，但也帶來一些問題，如冶煉難度增加，原材料成本提高，室溫塑性變差等。
本發明的目的是提出一種既簡單而又行之有效的方法，在不損失鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金其它性能的情況下改善其中溫持久性能。
本發明技術方案是采用一種新的熱處理方法來改善鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金的中溫持久性能。本發明具體所涉及的Fe3Al基金屬間化合物合金的化學成分(以原子百分比表示)是Al26-30%，Cr2-10%，C0.05-0.5%，微量碳化物形成元素Nb、Zr及少量固溶元素Mo、余量Fe。改善中溫持久性能的具體工藝是1000-1350℃退火1-3天，然后隨爐冷卻。
中高溫下晶界遷移率高和再結晶溫度低是導致Fe3Al基金屬間化合物合金持久性能低的重要原因(J.Mater.Res，1992，Vo17 P2089-2106)。中高溫下高的晶界遷移率易使晶界在外應力作用下產生滑動，過早地萌生裂紋，導致持久壽命降低;而再結晶溫度低，則易使金屬間化合物合金回復或再結晶發生軟化，同樣會降低持久壽命。本發明以Fe-26-30at%Al-2-10at%Cr為基礎合金，在二元Fe3Al金屬間化合物室溫塑性有所改善的基礎上，添加合金元素Mo、Nb、Zr、C等強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，起到固溶強化作用，并提高鐵鋁金屬間化合物再結晶溫度20-50℃左右。此外，還提高DO3→B2轉變溫度。而Nb、Zr、C合金元素的添加，則會形成彌散碳化物粒子強化基體、釘扎晶界。對鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金顯微組織的觀察表明，大量第二相碳化物粒子沿晶界不連續分布，也有少量粒子在晶內分布，見圖[1]。采用本發明的熱處理制度，會使鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金獲得彎曲晶界，將有利于抑制晶界楔形裂紋萌生，提高裂紋擴展抗力，阻止裂紋連接，從而改善持久性能。
實施例試驗合金成分(以原子百分比計)分別為28%Al、5%Cr、少量Mo及微量Nb、Zr、B、C、余量Fe以及28%Al、5%Cr、少量Mo及微量Nb、C、余量Fe。合金采用真空感應熔煉，真空澆鑄成5Kg的鑄錠(鑄模預熱溫度為200-600℃)。持久試樣直接由鑄錠加工制成。熱處理工藝為1025℃下保溫24小時，爐冷。持久試驗條件為溫度600℃、應力200MPa。上述工藝條件下鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金持久性能見表[1]。由表[1]可知，采用本發明所采取的方法，Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能由原來的29小時(600℃、200MPa)提高到1400小時以上，這一水平已可與某些不銹鋼相比美。表[2]給出了C.G.McKamey等最近報道的按傳統工藝制造的Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能(593℃、207MPa)。其具體工藝為真空冶煉、1000-850℃熱軋、650℃溫軋、850℃/1h+500℃/5days有序化退火。持久壽命僅達到200小時。比較表[1]和表[2]數據，清楚表明，采用本發明所述的方法，Fe3Al基金屬間化合物合金在600℃、200MPa左右應力條件下的持久壽命明顯高于國外同類合金水平。
圖1.鑄態Fe-28at%Al-5Crat%(MoZrNbBC)金屬間化合物合金的鑄態顯微組織表1.Fe3Al基金屬間化合物合金在600℃、200MPa條件下的持久性能
在600℃、200MPa條件下試樣經1411小時未斷裂，再在600℃、220MPa條件下經171小時方斷裂。
權利要求
1.一種改善鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金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(以原子百分比計)為Al26-30%、Cr2-10%、C0.05-0.5%、余量Fe。將上述鑄態Fe3Al基金屬間化合物合金進行退火，退火溫度為1000-1350℃，保溫時間為1-3天，然后隨爐冷卻。
2.權利要求1所述Fe3Al基金屬間化合物合金還可含有少量Mo、微量Zr、Nb、B等。
全文摘要
一種改善鑄態Fe
文檔編號C22C38/06GK1087685SQ9311492
公開日1994年6月8日 申請日期1993年12月2日 優先權日1993年12月2日
發明者孫祖慶, 黃原定, 楊王玥, 陳國良, 馮強 申請人:北京科技大學