（Ni，Fe）Al金属间化合物的快速凝固组织与室温塑性

用单辊快速凝固法制备（Ｎｉ，Ｆｅ）Ａｌ金属间化合物并研究其组织与室温塑性结果表明，Ａｌ－４５Ｎｉ－５Ｆｅ（原子分数）在快速凝固条件下可形成内部为亚微米级针状亚晶的等轴晶粒，具有高达３１％的弯曲塑性Ａｌ－３５Ｎｉ－１５Ｆｅ和Ａｌ－２５Ｎｉ－２５Ｆｅ的快凝组织则为柱状晶，弯曲塑性仅有１．１％和１．０％针状亚晶是一定成分的（Ｎｉ，Ｆｅ）Ａｌ在快速凝固条件下形成的亚稳相。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

Al-5%Fe-xNi合金的组织演变与热学性能

通过传统铸造法制备Al-5%Fe-xNi(x=0%,1.5%,5%,7.5%,10%,质量分数,下同)合金,观察Ni加入后合金中初生相的形态和尺寸变化,分析合金凝固过程的转变情况以及Ni加入对初生相和共晶组织的影响,探讨Ni含量对合金组织及热学性能的影响。结果表明:随着Ni含量的增加,合金中的初生相由不规则块状转变为针状。当Ni含量超过5%时,共晶组织减少,初生相转变为规则排列的Al_(9)FeNi相。Ni的加入显著改变合金的凝固过程,使得初生相析出反应由L→Al_(13)Fe_(4)转变为L→Al_(9)FeNi或L+Al13Fe4→Al9FeNi,共晶析出反应由L→α-Al+Al_(13)Fe_(4)逐渐转变为L+Al_(13)Fe_(4)→α-Al+Al9FeNi和L→Al3Ni+α-Al+Al9FeNi。随着Ni含量的增加,析出相体积分数增大,合金的热导率和热膨胀系数随之降低,热膨胀系数从Al-5%Fe的19.9×10^(-6)K^(-1)(@25~200℃)降至Al-5%Fe-10%Ni的17.6×10^(-6)K^(-1)(@25~200℃)。采用通用有效介质理论(GEMT)模型和修正的Turner模型分别对合金的热导率和热膨胀系数进行预测,发现模拟值与实验值吻合较好。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

Fe-Cr-Ni-Al合金铸造过程的数值模拟及组织性能

利用Procast软件模拟计算对Fe-Cr-Ni-Al合金的温度场和冷却速率进行分析,通过实验研究各冷却速率对铸态组织、枝晶间距以及显微硬度的影响.结果表明:采用阶梯状铸件能够较好地拟合Fe-Cr-Ni-Al合金铸件的温度场分布以及冷却速率的变化情况.随着冷却速率的增加,奥氏体相占比减小,铁素体相占比增大,过冷度增加使合金组织一次枝晶间距减小,组织中存在σ相,铁素体相区与奥氏体相区显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势.

Fe-Mn-Al-Ni-C低密度钢铸锭的再结晶特征与热加工图

在变形温度为925~1150℃和应变速率为0.01~10 s^(-1)的条件下,采用THERMECMASTOR 100 kN热模拟试验机研究了Fe-15Mn-15Al-5Ni-1C低密度钢铸锭的热变形行为,分析了其动态再结晶(DRX)特征,并绘制了其在不同应变量下的热加工图。结果表明:该铸锭变形后的组织主要由高温铁素体(δ-F)、奥氏体(A)、α-铁素体(α-F)和κ-碳化物组成。δ-F和κ-碳化物的存在使得铸锭的热加工性能变差,只有在变形温度升高到1125℃或者应变速率下降到0.02 s^(-1)时,铸锭才能获得再结晶组织,实现软化。Fe-15Mn-15Al-5Ni-1C低密度钢存在两个适宜的热加工区域,区域1:变形温度为1125~1150℃,应变速率为0.01~0.5 s^(-1);区域2:变形温度为925~1080℃,应变速率为0.01~0.02 s^(-1)。

Al-7.5Ni-xFe合金的组织演变与热物性能

利用普通铸造法制备了Al-7.5Ni-xFe(x=0,1,2,5,7)合金,采用光学显微镜、SEM-EDS和XRD等手段观测其组织特征,并测试导热率和热膨胀系数,揭示组织演变机制,讨论组织与热物性能之间的关系。结果表明:Fe加入后,合金的组织特征改变,由(α(Al)+Al_(3)Ni)共晶组织转变为Al_(9)Fe_(2-y)Ni_(y)相和α(Al)组成的混合组织。随Fe含量增大,Al_(9)Fe_(2-y)Ni_(y)相中Fe/Ni比(摩尔比)逐渐增加并趋于等比,Al_(9)Fe_(2-y)Ni_(y)相逐渐粗化且体积分数增加,其形态由针状向板状转变,并呈现定向排列特征。Fe含量增至7%后有星状Al_(13)Fe_(4)相析出,并在其表面由Al_(9)Fe_(2-y)Ni_(y)包覆。Fe加入后,合金的凝固进程发生变化,存在初生相析出、共晶进程缩短甚至产生分段共晶。Al_(9)Fe_(2-y)Ni_(y)由反应L+Al_(13)Fe_(4)→Al_(9)Fe_(2-y)Ni_(y)生成,分段共晶反应包括L+Al_(13)Fe_(4)→α(Al)+Al_(9)FeNi和L→Al_(3)Ni+α(Al)+Al_(9)FeNi。随Fe含量增加,热膨胀系数逐渐降低同时导热也逐渐恶化。利用有效介质模型(GEMT)可有效预测其导热系数,模型特征参数k_(0)最优值为38。通过Turner模型预测的合金热膨胀系数与实验值具有较大偏差,且共晶组织体积分数越大,偏差越显著;将共晶组织视为整体相对Turner模型进行修正,修正模型预测值与实验值吻合较好。

Ni-Al系、Fe-Al系和Ti_3Al金属间化合物研究进展

简要介绍了金属间化合物的熔炼与铸造工艺。论述了Ni Al系 (包括NiAl和Ni3 Al)、Fe Al系 (包括Fe3 Al和FeAl)及Ti3 Al基金属间化合物高温结构材料的研究现状和发展动态 ,分析了上述合金存在的问题及解决办法 ,介绍了它们在不同领域的潜在应用。

Y、Ta、Cr元素对Ni-10%Cu-10%Fe-10%Al合金在850℃冰晶石熔盐气氛中热腐蚀行为的影响

通过真空铸造得到Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu(质量分数)及分别添加0.8%Y、5.3%Ta和13.6%Cr(质量分数)的Ni-Fe-Al-Cu-X(X:Y或Ta或Cr)4种合金,采用熔盐腐蚀实验及SEM,XRD及EDX测试研究各合金在850℃静态冰晶石熔盐气氛中的腐蚀行为。结果表明:在850℃冰晶石熔盐气氛中,Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金表面形成的氧化物保护膜;由于氧的聚集、扩散,并在熔盐/氧化膜界面处发生O2+2e=2O2还原反应,而生成的O2与MeO反应生成MeO22,致使NiO和Al2O3等氧化物层疏松、多孔、易剥落;另外,氧化物保护膜也被熔盐挥发的氟化物通过物理化学作用而溶解,形成坑洞,腐蚀层呈现层叠状;添加0.8%Y和5.3%Ta可净化合金晶界,使腐蚀层中氧化产物更致密,提高合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能;添加13.6%Cr的Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金,其腐蚀层形成Cr2O3及NiCr2O4冰晶石结构的化合物,降低其他氧化物的活度,提高氧化膜的保护作用,该合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能最好。

Ni_(54)Al_(25)Fe_(21-x)Co_x合金的马氏体相变和磁性转变

传统的β基Ni-Al-Fe形状记忆合金随Fe含量提高而呈铁磁性,因此可以发展为铁磁性形状记忆合金。通过金相显微分析、DSC、VSM和EDX方法,研究了Co含量x对Ni54Al25Fe21-xCox合金马氏体相变和磁性的影响。发现该合金马氏体相变温度与x成正比关系,x每增加1at%,1623K淬火时马氏体相变温度约提高30K,1373K淬火时马氏体相变温度约提高38K。淬火温度降低会显著降低Ni54Al25Fe21-xCox合金的马氏体相变温度和Curie点Tc,但随着x的提高,淬火温度对马氏体相变温度和Tc的影响程度减小。Tc随x变化的幅度不大,在Tc-x曲线上出现最大值,为256K,对应于1623K淬火的Ni54Al25Fe19Co2合金。马氏体相变温度的变化与β相的平均s+d总电子浓度变化有关,并首次提出Al含量和结构有序度两方面的变化共同影响Curie点。

一种W-Ni-Al-Fe系易碎钨合金材料的研究

研究了一种W-Ni-Fe-Al系易碎穿甲弹芯材料,该材料采用冷等静压成型和液相烧结工艺制备。经金相检验和拉伸断口扫描电镜分析,该材料在烧结过程中可形成Al2O3脆性壳体分布于黏结相中,起到降低抗拉强度、提高弹芯破碎性的作用。性能测试表明,该材料与相同钨含量的93W-Ni-Fe合金相比,动态压缩强度相当,而静拉伸强度下降了约200MPa,延伸率下降了约20%。

Fe对β基Co-Ni-Al合金马氏体相变和磁性转变的影响

利用金相和SEM显微组织分析技术,示差扫描量热法(DSC)和振动磁力计(VSM)考察了Fe元素对Co38Ni33Al29和Co72-xNixAl28合金马氏体相变和铁磁性转变的影响.研究发现对于1623K×2h淬火的Co38-xNi33Al29Fex合金,最初的2%Fe使Curie点提高了15K,但随着Fe含量提高,Curie点增加速度提高,在8%Fe范围内平均每1%Fe元素使Curie点大约提高20K.用2%Fe元素代替Co72-xNixAl28合金中同等含量的Co元素时,1623K×2h淬火后Curie点升高20～30K,马氏体相变温度降低150～170K;1523K×12h淬火后Curie点升高30～70K,马氏体相变温度降低50～130K.在β基Co-Ni-Al合金基础上,用Fe元素代替Co元素提高Curie点,降低马氏体相变温度,但扩大了Tc＞Tm的CoNiAlFe铁磁性形状记忆合金的成分范围,使其向富Ni低Co、Al方向移动.用平均s+d电子浓度解释了马氏体相变温度和Curie点的变化.

NiAl－20at％Fe合金的高温氧化与热腐蚀行为

ＮｉＡｌ－２０ａｔ％Ｆｅ合金的高温氧化与热腐蚀行为王淑荷，郭建亭，赖万慧，谭明晖李辉，孙超（中国科学院金属研究所沈阳１１００１５）１引言ＮＩＡＩ金属间化合物具有熔点高、密度低、热传导性好和抗高温氧化能力优异等特点，是一种很有前途的航空航天耐热结构材料...

Ni-Cu-Fe-Al合金在850℃空气中的氧化行为

为研发铝电解惰性阳极连接导杆新材料,采用粉末冶金法制备Ni-Cu-Fe-Al四元合金,在850℃的空气气氛中进行氧化实验,并用XRD、SEM、EDS等测试设备对其表面氧化膜的成分、形貌和组成进行分析。结果表明,在该合金表面形成的氧化膜连续、致密,分为内、中、外三层,外层以铜镍复合氧化膜为主,中间层分布着岛状的铁氧化物,其中含有一定数量的NiFe2O4尖晶石相,内层为连续致密的Al2O3膜,能阻碍元素扩散,从而有效提高合金的高温抗氧化性能。

Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末的高温抗氧化行为

研究Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末在600℃空气中的高温抗氧化性能,分析铝含量和预氧化处理对合金粉末高温抗氧化行为的影响。利用水雾化法制备不同铝含量的Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末,利用静态质量增加法研究不同铝含量合金粉末的氧化动力学,分别利用FE-SEM(EDS)和XRD观察分析不同合金粉末氧化膜的形貌及成分,结合氧化动力学及氧化膜的组成进一步分析不同合金粉末的高温氧化机理。结果表明:Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末在600℃时的氧化质量增加遵循抛物线规律,铝含量的增加及预氧化处理均可提高合金粉末的抗氧化能力;铝含量的增加使氧化膜的组成由Cr2O3和Al2O3的混合结构转变为单一的Al2O3氧化膜结构,这有利于提高合金粉末的抗氧化性能;预氧化处理所形成的氧化膜有效地抑制Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末的进一步氧化。

Fe-Ni-Al合金在900℃时的氧化行为研究

为了提高Fe-Ni合金的抗氧化性能,采用熔铸法制备了50Fe-40Ni-10Al三元合金,采用增重法研究了其在900℃空气中的高温氧化行为.利用XRD、SEM和EDS对氧化膜进行了表征.结果表明:氧化过程满足抛物线规律;经过开始时的快速氧化后,在氧化膜底部生成了一层连续完整的Al2O3膜,阻止了Al的内氧化及其他金属的氧化,氧化速度显著降低;氧化产物以Fe2O3、Fe3O4为主,含有少量的Al2O3以及尖晶石型氧化物AlFe2O4;Fe2O3和Al2O3形成了固溶体;氧化进行过程中Al2O3的含量逐渐上升.所得合金具有良好的抗氧化性能,基本满足作为惰性阳极材料的要求.

机械合金化制备纳米晶Al_(65)Fe_(25)Ni_(10)合金粉

采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和差热分析仪(DTA)等研究了Al65Fe25Ni10元素混合粉末在机械合金化过程中的结构演变及热稳定性。结果表明:球磨5h后的粉末样品退火处理后生成Al5Fe2和Al3Ni2金属间化合物。球磨500h后得到纳米尺寸的Al(Fe,Ni)无序相。

Ni-Cr-Al-Fe基铸态合金的高温氧化行为

采用熔铸法制备不同Al含量的Ni-Cr-Al-Fe基合金,研究Al含量和预氧化处理对合金在600℃大气中抗氧化性能的影响,并利用FE-SEM(EDS)、XRD对不同状态合金氧化膜的形貌及成分进行对比分析。结果表明:Ni-Cr-Al-Fe基合金在600℃时的氧化动力学曲线较好地遵循抛物线规律,铝含量的增加以及预氧化处理均可提高合金的高温抗氧化性能;Ni-Cr-Al-Fe基合金在1 000℃预氧化以及600℃氧化时所形成的氧化膜成分与Al含量有关,Al含量越高越有利于单一Al2O3氧化膜的形成,对提高合金的抗氧化性能有益;随着氧化时间的延长,表面局部区域可进一步形成尖晶石类氧化物或复杂氧化物;预氧化处理所形成的氧化膜,可有效地防止Ni-Cr-Al-Fe基合金基体的氧化;同时,利用WAGNER的临界理论计算了600℃下的Ni-Cr-Al稳定氧化物图。

快速凝固Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的显微组织和析出过程

利用X射线衍射、DSC、透射电镜和能谱分析研究了快速凝固Al 4Cu Mg 3Fe 4Ni (质量分数 )合金急冷态和退火态的显微组织 ,同时测定了该合金的显微硬度。结果表明 :快凝合金急冷态组织为过饱和α Al基固溶体和Al3 Ni相 ;当快凝合金经 4 0 0℃× 1h处理后 ,有少量S相 (CuMgAl2 )析出 ;快凝合金经 4 0 0℃× 9h处理后 ,出现了FeNiAl9弥散相 ;在合金组织中未见Al Cu Fe和Al Cu Ni相。随时效时间的增加 ,快凝合金的显微硬度不断增加 ,达到峰值后硬度缓慢下降 ,之后随FeNiAl9析出硬度又重新增加。

微量硼和铌对铸造Ni_(50)Al_(20)Fe_(30)合金组织及性能的影响

研究了微量硼和 2 % Nb对铸造 Ni5 0 Al2 0 Fe30 合金组织及性能的影响。结果表明 :微量硼的加入可以改善 Ni5 0 Al2 0 Fe30 合金的强度与塑性 ,最佳硼含量为 0 .0 2 %～ 0 .0 5 % ;此外 ,微量硼的加入影响该合金的共晶区 ,从而明显改变合金的微观组织形态。在硼含量为 0 .0 2 %时 ,该合金主要处于 β相 (Ni Al)与 γ相的共晶区 ,这对合金的室温塑性极为有利。添加 2 % Nb可明显提高该合金的压缩屈服强度并改善塑性。在室温、6 5 0℃和 10 0 0℃ ,该合金的压缩屈服强度分别提高 30 %、5 9%和 36 %