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水玻璃砂型铸造Fe3Al的组织和性能.doc

水玻璃砂型铸造Fe3Al的组织和性能

周常足
2019-02-13 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《水玻璃砂型铸造Fe3Al的组织和性能doc》,可适用于工程科技领域

水玻璃砂型铸造FeAl金属间化合物的组织和力学性能李亚敏,刘洪军,谢斌,郝远(兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州)摘要:研究了大气环境下中频感应炉熔炼、水玻璃砂型冷却制备的FeA金属间化合物合金铸态及热处理后的组织、力学性能和冲击断裂行为。结果表明:热处理后合金的抗拉强度σb提高了MPa,HRC由铸态时的提高到了,但热处理后合金的冲击韧性出现了较明显的下降铸态时合金的断裂主要呈沿晶断裂特征,热处理后合金断口呈沿晶穿晶的混合型断裂特征。关键词:FeAl组织力学性能冲击断口中图分类号:TG文献标志码:AMicrostructureandpropertiesofFeAlalloysolidificationinwaterglasssandLIYaminLIUHongjunXIEBinHAOYuan(KeyLaboratoryofNonferrousMetalAlloysandProcessing,TheMinistryofEducation,LANZhouUniversityofTechnology,LANZhou,ChinaCollegeofMaterialScienceEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou,China)Abstract:TheFeAlalloyweremeltedintheintermediatefrequencyinductionfurnaceandsolidifiedinwaterglasssandThemicrostructure,mechanicalpropertiesandimpactfractureofFeAlalloywerestudiedAfterheattreatment,thetensilestrengthofalloyincreasesMPa,thehardnessincreaseslightlybuttheelongationdecreaseandtheimpactfracturetransformintercrystallinefractureintointercrystallineandtranscrystallinemixedfractureKeywords:FeAlmicrostructuremechanicalpropertiesimpactfractureFeAl金属间化合物具有比重小、强度和弹性模量高、抗氧化、耐热腐蚀、耐磨损等特征。因其资源丰富、成本低廉,因此非常具有吸引力。FeAl金属间化合物的工程应用在某种程度上主要取决于它的制造工艺。为此,本文在大气环境中采用中频感应炉熔炼,水玻璃砂型冷却制备了FeAl金属间化合物,并收稿日期:年月日基金资助:甘肃省自然科学基金项目(ZSB)兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室开放基金(EKL)第一作者简介:李亚敏(),女,汉,河北蠡县人,副教授,博士研究生,主要从事不锈钢及高温合金的研究电话:*******,Email:leeyamincom研究了铸态及热处理后FeAl金属间化合物的组织、力学性能和冲击断裂行为,为材料的工程应用提供参考。试验方法试验用合金名义成分为(at):FeAlCrB,按名义成分并考虑一定的烧损率将工业纯铁、工业纯铝、铬铁及硼铁配好。原材料在大气环境下中频感应炉中熔炼、在水玻璃砂型中凝固获得楔形试块,浇注温度为℃。楔形试块经切头、铣面,在底部中心部位截取铸态试样热处理后试样的截取部位与铸态的相同,热处理制度为:℃,h均匀化退火炉冷℃,h中温回火油淬。根据GB和GB用线切割加工标准矩形拉伸试样和冲击试样。采用WDWD型万能试验机进行拉伸试验,应变速率为×mmin,力学性能取个试样的平均值。冲击试验在CIEMDCPC型摆锤式试验机上进行,实验条件为室温,摆锤高度为°,冲击速度为~ms,冲击韧性取个试样的平均值,冲击断口用HITACHIS型扫描电镜观察。硬度测试在洛氏硬度仪上进行。金相试样尺寸为××mm,试样用#,#,#,#,#,#,#金相砂纸进行打磨,抛光腐蚀(腐蚀液为:的HNO和HCL溶液,腐蚀时间为S),金相观察在MEF型金相显微镜上进行。试验结果热处理前后合金的组织FeAl金属间化合物的铸态及热处理后的组织如图所示。(a)铸态(b)热处理态图FeAl金属间化合物的铸态及热处理后的金相组织从图(a)可以看出FeAl金属间化合物的铸态组织为等轴晶,平均晶粒尺寸约为μm左右图(b)为热处理后合金的金相组织,从图中可以看出热处理后合金晶界得到了细化,晶内和晶界上析出了弥散分布的FeCr,合金晶粒尺寸有所长大。热处理前后合金的力学性能FeAl金属间化合物的铸态及热处理后的力学性能如图和表所示。LoadKNDisplacementmm图FeAl金属间化合物铸态(ZSX)及热处理后(RSX)的室温拉伸载荷位移曲线从图可以看出,FeAl金属间化合物合金的室温拉伸性能曲线基本为一条直线,载荷与位移基本呈正比关系,没有明显的屈服现象,说明FeAl属于典型的脆性材料,热处理后合金可承受的最大载荷明显增大。表热处理前后合金的力学性能σb(MPa)HRCak(kJm)铸态热处理态从表可以看出,热处理后合金的抗拉强度与硬度都得到了提高,σb提高了MPa,HRC由铸态时的提高到了,但热处理后合金的冲击韧性出现了较明显的下降。热处理前后合金的冲击断口形貌铸态及热处理后试样的冲击断口SEM形貌如图和图所示。(a)断口表面形貌(b)二次裂纹图铸态合金的冲击断口SEM形貌图(a)为铸态试样×冲击断口SEM形貌。从图中可以看出整个断面为脆性沿晶断裂,沿晶断裂之间有少许的撕裂带,晶界面上存在大量的浅韧窝。从图(b)×SEM断口形貌可以进一步看出,断口有铸态组织特征和沿晶二次裂纹,韧窝上可以看到河流状和舌状花样滑移特征,且河流短﹑小,从中心向四周发散。(a)断口表面形貌(b)二次裂纹图热处理后试样的冲击断口SEM形貌像从图可以看出,经过热处理以后合金的断面呈脆性沿晶和穿晶混合型断裂特征断口表面存在二次裂纹,沿晶断面有舌状花样滑移特征,且河流短而小穿晶断面有平台出现且较为光滑。讨论铸态FeAl金属间化合物在经℃,h均匀化退火炉冷℃,h中温回火油淬热处理后,合金的抗拉强度提高了MPa,硬度获得了提高,但冲击韧性有所下降。热处理之所以对合金的力学性能产生了较大的影响,是因为热处理改变了合金的内部组织结构、消除了铸造偏析、降低了内应力,使合金的组织和性能更加均匀。合金在℃,保温h的均匀化退火过程中,消除了铸坯在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析,使合金成分和组织均匀化Cr和B也在高温长时间保温过程中从基体中弥散析出并且向晶界偏聚,在强化了基体的同时也强化了晶界,因此合金的抗拉强度和硬度均得到了不同程度的提高。但第二相的弥散强化作用仍未超过晶界强化作用,所以并没有从根本上改变合金的脆性断裂方式。结论、采用熔铸法在大气环境中利用中频感应炉熔炼,水玻璃砂型冷却制备了FeAl金属间化合物楔形试块。对水玻璃砂型铸造FeAl金属间化合物合金进行低倍金相组织观察发现,合金的铸态组织为等轴晶,平均晶粒尺寸约为μm左右合金经℃,h均匀化退火炉冷℃,h中温回火油淬热处理后,晶界得到了细化,晶内和晶界上析出了弥散分布的FeCr第二相,合金晶粒尺寸有所长大。、热处理后合金的抗拉强度与硬度都得到了提高,σb提高了MPa,HRC由铸态时的提高到了,但热处理后合金的冲击韧性出现了较明显的下降。、铸态时合金的断裂主要呈沿晶断裂特征热处理后合金断口呈沿晶穿晶的混合型断裂特征。参考文献MckameyCG,DevanJH,TortorelliPF,etalJMaterRes:徐颖,徐东,王征等金属间化合物材料的熔炼和铸造J兵器材料科学与工程,,():~孙扬善,余兴泉,薛烽等FeAl金属间化合物的研究J材料导报,,():~LiuCTIn:LiuCTetaleds,OrdredIntermetallicsPhysicalMetallurgyandMechanicalBehaviorKluwerPublishers,:LiuCT,FuCL,GeorgeEP,PainterGSlSIJInt:SpecialIssueonAdvancedHighTemperatureIntermetallics谢斌,李亚敏,郝远等冷却方式对FeAlCrB合金组织和性能的影响热加工工艺,,():杨思一,吕广庶,陈慧民等FeAl金属间化合物性能特点及熔制工艺研究J材料导报,,():~张忠铧,孙扬善FeAl基合金力学性能和显微组织的关系研究J材料工程,,:~

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