专利名称：：改善轧态铁三铝基金属间化合物合金中温持久性能的方法
技术领域：
：本发明是关于一种改善轧态Fe3Al基金属间化合物合金中温持久性能的方法。Fe3Al基金属间化合物合金低廉的成本、极优良的抗氧化、抗硫化性能、较高的比强度已引起国内外学者的广泛注意，可望在某些领域取代不锈钢在中高温腐蚀环境中得到应用。然而，室温塑性差和中高温强度的低下限制了向商用发展。因此，目前阶段的工作着眼于改善其室温塑性和中高温瞬时强度。通过宏合金化和热加工工艺的控制Fe3Al基金属间化合物合金的室温塑性可稳定在10-20%，600℃时的强度可达到500MPa[US.5084109，1992，2;金属学报，1993，Vol29，A354-A358]。在Fe3Al基金属间化合物合金的室温性能和中温强度得到改善以后，持久寿命差成为了其向商用发展的一个重要障碍，中温下(593℃，207MPa)Fe3Al基金属间化合物合金的持久寿命仅2-5小时[J.Mater.Res.，1991，Vol6，P1779-P1805]，这样中高温有应力环境条件下无法发挥其优良的抗腐蚀性能。因此改善Fe3Al基金属间化合物合金的中温持久性能的工作势在必行。近年来，美国橡树岭国立实验室采用合金化方法，通过添加合金元素如碳化物形成元素Nb，Zr等、固溶强化元素Mo，Fe3Al基金属间化合物合金的持久寿命得到了一定程度的改善。持久性能见表1。其具体工艺如下合金采用电弧熔炼、1000℃-600℃轧制成0.76mm的薄板、再经850℃一小时加500℃五天有序化处理。从表1可知，Fe-28Al-5Cr-0.8Nb-0.5Mo-0.1Zr-0.05B合金获得了塑性(＞10%)和持久寿命较好的配合。其余合金却不太令人满意，室温塑性较好的合金持久寿命却较低，而持久寿命较高的合金其室温塑性极差(＜5%)。因此，尽管合金化在一定程度上能够改善Fe3Al基金属间化合物合金的中温持久性能，但对其它性能造成不利影响。如上面所述的室温塑性变差、合金冶炼难度增加等。C.G.Mckamey等还指出Fe3Al基金属间化合物合金的持久寿命对合金的成份也十分敏感，合金成份稍控制不当持久寿命就会变得很差[DE92016018，92]。尽管热机械处理获得片状拉长晶粒能显著改善Fe3Al基金属间化合物合金的室温强度和塑性，对持久性能的改善却没有帮助。表1、Fe3Al基金属间化合物合金的室温拉伸性能和600℃，200MPa条件下的持久性能。(合金的成分以原子百分比计)<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">持久性能室温性能合金持久寿命(小时)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合金的具体成分为Fe-28Al-5Cr-0.5Mo-0.5Nb-0.1Zr-0.05B本发明的目的是提出一种工艺简单、易于控制但效果显著的方法，以获得轧态Fe3Al基金属间化合物合金室温塑性和中温持久性能较好的配合。既使Fe3Al基金属间化合物合金具有良好的室温加工性能，又具有较高的中温强度和持久寿命。本发明的技术方案是采用一种新的退火方法即大晶粒处理来改善Fe3Al基金属间化合物合金的中温持久性能。Fe3Al基金属间化合物合金经真空冶炼、真空浇铸获得。铸锭在1000℃均匀化扩散退火24小时后，在1000～650℃轧制成2mm的薄板，冷加工量为60%。本发明具体所涉及到的Fe3Al基金属间化合物合金的成分(以原子百分比计)Al26-30%;Cr2-10%，微量碳化物形成元素Nb、Zr及少量固溶元素Mo，还可含有少量间隙元素B、C，余量Fe。改善轧态Fe3Al基金属间化合物合金的中温持久性能的具体工艺为1000～1300℃退火0.5小时～3小时，油淬。中高温下晶界迁移率高和再结晶温度低是导致Fe3Al基金属间化合物合金持久性能低的重要原因(J.Mater.Res.，1992，Vol17，P2089-2106)。中高温下高的晶界迁移率易使晶界在外应力作用下产生滑动，过早地萌生裂纹，导致持久寿命降低;而再结晶温度低，则易使金属间化合物合金回复或再结晶发生软化，同样会降低持久寿命。本发明以Fe-(26-30at.%)Al-(2-10at.%)Cr为基础合金，在二元Fe3Al金属间化合物室温塑性有所改善的基础上，添加合金元素Mo、Nb、Zr、C等强化基体以改善中高温持久性能。合金元素Mo固溶于Fe3Al金属间化合物基体中，起到固溶强化作用，并提高铁铝金属间化合物再结晶温度20-50℃左右。此外，还提高DO3→B2转变温度。而Nb、Zr、C合金元素的添加，则会形成弥散碳化物粒子进一步强化基体。这些因素都会有利于持久寿命的提高。采用本发明的热处理制度，有利于晶粒的长大而减少晶界数量，导致持久寿命的提高。如果温度控制适当，Fe3Al基金属间化合物合金的塑性还可保持在10%水平，这样既可保持Fe3Al基金属间化合物合金有良好的室温加工性能，又可以使之在中高温腐蚀环境中得到应用。因此此热处理工艺有一定的实际意义。为Fe3Al基金属间化合物合金的应用创造有利条件。实施例试验合金成份(以原子百分比计)分别为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。合金采用真空感应熔炼真空浇铸成5Kg的铸锭(铸模的预热温度为200-600℃)，铸锭经1000℃均匀化扩散退火24小时后，在1000-850℃热轧，最后在600-650℃温轧成2mm的薄板。持久试样沿轧向切取，尺寸为15x4x2mm3。磨光抛光后经1000℃退火1小时油淬或1250℃退火2小时油淬。持久试验条件为600℃，200MPa。上述工艺条件下，轧态Fe3Al基金属间化合物合金的持久性能见表2。表3为Fe3Al基金属间化合物合金的持久性能和室温拉伸性能。B2热机械处理尽管能显著改善Fe3Al基金属间化合物合金的室温性能，室温延伸率达到10-20%，强度近500MPa，已可与某些不锈钢相媲美，然而此热处理方法不能改善Fe3Al基金属间化合物合金的持久寿命，持久寿命最好的也不超过50小时，使此合金无法在实际生产中发挥作用。由表2可知采用本发明所采取的方法，持久寿命有大幅度提高。Fe-28Al-5Cr合金的持久寿命由原来的1.8小时提高到9.7小时，特别是Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B(以下简称Fe-28Al-5CrZrB)和Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.5Mo-0.5Nb-0.05B(以下简称Fe-28Al-5CrZrMoNbB)合金采用本发明的热处理工艺，改善持久寿命的效果更为显著，分别由B2热机械处理后的3.0小时、20小时提高到222小时、2000多小时，并且室温拉伸性能测试表明Fe-28Al-5Cr-0.1Zr-0.05B合金的室温延伸率可保持在10.4%，强度为365MPa表明采用本发明的热处理工艺不仅可显著改善Fe3Al基金属间化合物合金的持久寿命还可保持其良好的室温塑性。综上所述，本发明改善轧态Fe3Al基金属间化合物合金中温持久性能的方法，不仅简单易行而且效果显著。表2、采用本发明的热处理工艺后Fe3Al基金属间化合物合金的持久性能(200Ma，600℃)。表3、经B2热机械处理后Fe3Al基金属间化合物合金的室温拉伸性能和持久寿命。权利要求1.一种改善轧态Fe3Al基金属间化合物合金的中温持久性能的方法。该Fe3Al基金属间化合物合金的成分范围为(以原子百分比计)Al26-30%、Cr2-10%，余量Fe。将上述轧态Fe3Al基金属间化合物合金进行退火，退火温度为1000℃-1300℃，保温时间为0.5小时-3小时，然后油淬。2.权利要求1所述轧态Fe3Al基金属间化合物合金还可含有少量的Mo、微量Zr、Nb、B、C等。3.权利要求1所述轧态Fe3Al基金属间化合物合金的制造工艺为铸锭在1000℃-650℃轧制成2mm的薄板，冷加工量为60%。全文摘要一种改善轧态Fe文档编号C22C38/18GK1094095SQ9312124公开日1994年10月26日申请日期1993年12月30日优先权日1993年12月30日发明者孙祖庆,黄原定,杨王明,陈国良申请人:北京科技大学