專利名稱：：改善軋態鐵三鋁基金屬間化合物合金中溫持久性能的方法
技術領域：
：本發明是關于一種改善軋態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低廉的成本、極優良的抗氧化、抗硫化性能、較高的比強度已引起國內外學者的廣泛注意，可望在某些領域取代不銹鋼在中高溫腐蝕環境中得到應用。然而，室溫塑性差和中高溫強度的低下限制了向商用發展。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強度。通過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定在10-20%，600℃時的強度可達到500MPa[US.5084109，1992，2;金屬學報，1993，Vol29，A354-A358]。在Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫性能和中溫強度得到改善以后，持久壽命差成為了其向商用發展的一個重要障礙，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[J.Mater.Res.，1991，Vol6，P1779-P1805]，這樣中高溫有應力環境條件下無法發揮其優良的抗腐蝕性能。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在必行。近年來，美國橡樹嶺國立實驗室采用合金化方法，通過添加合金元素如碳化物形成元素Nb，Zr等、固溶強化元素Mo，Fe3Al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850℃一小時加500℃五天有序化處理。從表1可知，Fe-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合金的成份也十分敏感，合金成份稍控制不當持久壽命就會變得很差[DE92016018，92]。盡管熱機械處理獲得片狀拉長晶粒能顯著改善Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫強度和塑性，對持久性能的改善卻沒有幫助。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)<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">持久性能室溫性能合金持久壽命(小時)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本發明的目的是提出一種工藝簡單、易于控制但效果顯著的方法，以獲得軋態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度和持久壽命。本發明的技術方案是采用一種新的退火方法即大晶粒處理來改善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真空冶煉、真空澆鑄獲得。鑄錠在1000℃均勻化擴散退火24小時后，在1000～650℃軋制成2mm的薄板，冷加工量為60%。本發明具體所涉及到的Fe3Al基金屬間化合物合金的成分(以原子百分比計)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～3小時，油淬。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，Vol17，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進一步強化基體。這些因素都會有利于持久壽命的提高。采用本發明的熱處理制度，有利于晶粒的長大而減少晶界數量，導致持久壽命的提高。如果溫度控制適當，Fe3Al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境中得到應用。因此此熱處理工藝有一定的實際意義。為Fe3Al基金屬間化合物合金的應用創造有利條件。實施例試驗合金成份(以原子百分比計)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。合金采用真空感應熔煉真空澆鑄成5Kg的鑄錠(鑄模的預熱溫度為200-600℃)，鑄錠經1000℃均勻化擴散退火24小時后，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1000℃退火1小時油淬或1250℃退火2小時油淬。持久試驗條件為600℃，200MPa。上述工藝條件下，軋態Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能見表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，室溫延伸率達到10-20%，強度近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50小時，使此合金無法在實際生產中發揮作用。由表2可知采用本發明所采取的方法，持久壽命有大幅度提高。Fe-28Al-5Cr合金的持久壽命由原來的1.8小時提高到9.7小時，特別是Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B(以下簡稱Fe-28Al-5CrZrB)和Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.5Mo-0.5Nb-0.05B(以下簡稱Fe-28Al-5CrZrMoNbB)合金采用本發明的熱處理工藝，改善持久壽命的效果更為顯著，分別由B2熱機械處理后的3.0小時、20小時提高到222小時、2000多小時，并且室溫拉伸性能測試表明Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B合金的室溫延伸率可保持在10.4%，強度為365MPa表明采用本發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，本發明改善軋態Fe3Al基金屬間化合物合金中溫持久性能的方法，不僅簡單易行而且效果顯著。表2、采用本發明的熱處理工藝后Fe3Al基金屬間化合物合金的持久性能(200Ma，600℃)。表3、經B2熱機械處理后Fe3Al基金屬間化合物合金的室溫拉伸性能和持久壽命。權利要求1.一種改善軋態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)Al26-30%、Cr2-10%，余量Fe。將上述軋態Fe3Al基金屬間化合物合金進行退火，退火溫度為1000℃-1300℃，保溫時間為0.5小時-3小時，然后油淬。2.權利要求1所述軋態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.權利要求1所述軋態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Fe文檔編號C22C38/18GK1094095SQ9312124公開日1994年10月26日申請日期1993年12月30日優先權日1993年12月30日發明者孫祖慶,黃原定,楊王明,陳國良申請人:北京科技大學