IMPROVEMENT ON TENSILE PROPERTIES AND CREEP RESISTANCE OF Fe 3Al BASED ALLOYS

Effects of alloying processing on tensile test properties of Fe 3Al based alloys have been studied. Results show that microalloying of cerium is very effective on increasing the room temperature ductility of Fe 3Al based alloys. Surface analysis by XPS demonstrates that cerium addition causes the change in the oxide chemistry and provides rapid passivation of the specimen surface. The high temperature strength and creep resistance of Fe 3Al based alloys can be significantly enhanced by alloying additions of tungsten, niobium or molybdenum, especially when combined additions of tungsten with niobium or molybdenum are used. The additions of tungsten, niobium or molybdenum also result in the significant microstructural refinement and the formation of fine precipitates which are identified as M 6C type carbide in the alloys containing tungsten.

表面喷丸及退火处理对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢组织与性能的影响

为实现强韧化,对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢进行了表面喷丸及退火热处理。采用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等手段分析了喷丸以及喷丸结合退火处理对TWIP钢显微组织结构的影响,并利用显微维氏硬度计和万能材料试验机对原始样品、喷丸以及喷丸结合退火处理样品的硬度分布、力学性能及加工硬化行为进行了研究。分析结果表明,喷丸可在TWIP钢表面引起强烈的塑性变形,并形成包含60~100 nm大小的位错胞块的强烈形变层和包含微纳尺度形变孪晶结构的过渡层。该纳米-微米尺度的晶粒尺寸梯度结构可以将TWIP钢表面强烈形变层的硬度显著提升至366 HV0.1,并在残余压应力联合作用下使试样的屈服强度提升至485 MPa,均远高于初始样品的对应值。但受喷丸引起的表面粗糙和强烈形变层纳米晶塑性低的影响,其断后延伸率仅为41.8%。退火处理后,喷丸样品中的形变组织发生回复与再结晶,其中强烈形变层位置的再结晶晶粒尺寸为1~3μm,硬度也降低至215 HV0.1。所形成的微米-微米尺度晶粒尺寸梯度结构试样的屈服强度降低至261 MPa,但延伸率增加至65.3%。晶粒尺寸梯度结构有助于增加TWIP钢屈服与抗拉强度,但不利于延伸率的提升。

高速电弧喷射沉积Fe_3Al涂层研究

采用自行研制的电弧喷涂Fe3Al合金粉芯丝材 ,成功地用高速电弧喷涂技术制备出了Fe3Al金属化合物涂层。运用能谱技术 (EDXA)、X射线衍射仪 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)和图像分析仪对涂层成分、显微组织、涂层相结构和组成进行了分析。结果表明 ,涂层由以Fe 2 9Al为主的Fe3Al和少量FeAl基体相和约 2 0 %的α Al2 O3相组成。对比研究了Fe3Al涂层和电站锅炉水冷壁材料 2 0G的 650℃氧化动力学 ,以及 650℃氧化环境条件下不同冲击角度的高温冲蚀磨损性能。结果表明 ,Fe3Al涂层 2 0h氧化速率约为 2 0G的 1 /3;Fe3Al涂层的高温冲蚀磨损抗力高于 2 0G ,低角度下的相对冲蚀磨损抗力为 2 0G的 3 36倍。试验条件下Fe3Al涂层呈现典型的脆性材料冲蚀磨损行为。并对其高温冲蚀磨损机理进行了分析。

Fe_3Al金属间化合物的研究

本项目在Fe_3Al的加工工艺和用合金化改善Fe_3Al的性能上取得了重大进展。目前已形成了具有不同特性的Fe_3Al基合金的成分配方系列,以及可以制备各种Fe_3Al型材(棒、板、管等)和大型铸锭(件)和锻坯(件)的工艺路线及完整的工艺参数。运用本项目的技术制备的Fe_3Al材料具有优异的抗氧化、耐热腐蚀和冲蚀性能,并具有良好的综合力学性能。通过几个典型零件的应用研究,展示出Fe_3Al作为可用于苛刻环境下工作的抗高温冲蚀零部件材料和电加热材料的应用前景、为实现Fe_3Al材料的实用化打下了基础。

手弧堆焊Fe_3Al堆焊层的组织形貌与抗氧化性能

通过将Fe3Al合金制成焊条 ,使用手弧堆焊 (MAS)方法 ,成功地在不锈钢基体上堆焊了Fe3Al堆焊层 ,并研究了Fe3Al合金的堆焊工艺、堆焊层的组织形貌及高温抗氧化性能。研究发现 ,由于Fe3Al合金本身的固有脆性 ,若不采用合适的热处理工艺时 ,堆焊层易开裂。当采用 5 0 0℃预热基体 ,堆焊后 70 0℃退火处理 ,则可得到无裂纹的Fe3Al堆焊层。堆焊层的Al含量在堆焊过程中损失较大 ,但不影响堆焊层的抗氧化性能。在静态空气炉中经 80 0℃ 70h氧化试验后 ,不锈钢基体氧化十分严重 ,而Fe3Al堆焊层氧化很轻微 。

合金元素对Fe_3Al和FeAl合金力学性能的影响

本文研究了Mo,Si,B和化学计量成分对Fe_3Al和FeAl合金室温和高温拉伸性能以及组织结构的影响,结果表明,三种合金元素都使两种铁铝化物得到明显强化,但Mo和Si使其严重变脆,硼使FeAl增加塑性,断口由沿晶型变为穿晶准解理型。富Al的Fe_3Al和富Fe的FeAl合金室温塑性较化学计量化合物有明显提高。Fe_3Al从400—550℃,FeAl从400—500℃出现反常温度关系,用组织结构方面的结果对此进行了讨论。

Fe_3Al和FeAl合金的高温氧化行为

研究了含Nb、Nb和Cr的Fe_3Al合金,含Zr的FeAl合金在1050℃的氧化行为。结果表明Fe_3Al和FeAl合金氧化增重均符合抛物线规律。对于Fe_3Al合金,氧化层由Al_2O_3和Fe_2O_3组成;加入少量Nb,增加了氧化层的粘附性,从而改善合金的抗氧化性。对FeAl合金,氧化层为Al_2O_3;Zr的加入,虽然引起合金的内氧化,但却提高Al_2O_3的粘附性。

Fe_3Al基金属间化合物合金强韧化途径探索

通过多元合金化成分控制及热机械处理工艺优化,Fe_3Al基金属间化合物合金的室温力学性能得到较大幅度的全面提高延伸率由铸态下的2—3％上升到15—20％,屈服强度达到500MPa左右研究表明:片状晶粒。

Fe_3Al/Q235异种材料扩散焊界面相结构分析

采用X射线衍射、透射电镜和电子衍射技术对Fe3 Al/Q2 35真空扩散焊界面附近的微观相结构进行了试验研究。试验结果表明 ,当加热温度 10 5 0～ 10 80℃ ,保温时间 6 0min ,压力 9.8MPa时 ,Fe3 Al金属间化合物与Q2 35钢扩散焊界面附近形成了明显的扩散过渡区 ,该过渡区由Fe3 Al相和α -Fe(Al)固溶体构成 ,显微硬度约为 4 80～5 4 0HM ,不存在含铝较高的高硬度脆性相。有利于提高Fe3 Al/Q2 35扩散过渡区的韧性 ,提高扩散焊接头的抗裂纹能力。扩散过渡区中的Fe3 Al相与α -Fe(Al)固溶体之间存在着 (11- 0 ) α -Fe(Al) ∥ (0 11) Fe3Al和 [0 0 1]α -Fe(Al) ∥ [10 0 ]Fe3Al的晶体学取向关系。

代位合金元素对Fe_3Al金属间化合物塑性与氧化行为的影响

研究了将Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｓｉ等合金元素分别加入当量成分的Ｆｅ３Ａｌ金属间化合物后对其室温塑性、８００℃周期氧化性能、氧化物结构及Ａｌ元素由试样表面向内部的分布状态的影响．结果表明，只有Ｃｒ元素提高了ＤＯ３结构的Ｆｅ３Ａｌ金属间化合物合金在真空中的室温拉伸延伸率，其他元素都不同程度地降低了合金的塑性。Ｃｒ提高室温塑性的主要原因不是由于Ｃｒ改变了合金的表面氧化动力学或改变了表面氧化物结构及表面状态，进而降低了环境敏感性的缘故。

颗粒增强Fe_3Al基复合材料的制备和性能

用熔铸法制备了ＳｉＣ， Ａ１２Ｏ３和 ＴｉＢ２颗粒增强 Ｆｅ－２８Ａｌ－５Ｃｒ基复合材料，研究了材料的 微观组织和力学性能，结果表明， Ａ１２Ｏ３在 Ｆｅ３Ａ１中的化学稳定性很好， ＴｉＢ２与基体发生了部分反应，ＳｉＣ与基体的反应严重，复合材料在室温和高温下的力学性能的变化说明，上述颗粒的加入使材料的强度较大幅度的提高。

Fe_3Al金属间化合物多孔材料的研究

采用粉末冶金方法制备了Fe3Al多孔材料,研究了烧结温度等工艺参数对Fe3Al多孔材料的力学性能、过滤特性的影响,考察了制得的Fe3Al多孔材料的高温强度和耐腐蚀性能。结果表明,Fe3Al烧结多孔材料具有很好的抗拉强度、渗透特性和耐腐蚀性能。

Fe_3Al金属间化合物及其复合涂层的组织结构与性能

以Fe3Al金属间化合物粉末与WC混合粉末作为喷涂材料,采用热喷涂的方法在Q235钢基体上制备出复合涂层。对涂层组织与性能进行了分析。结果表明:该类涂层组织致密,硬度较高,具有良好的耐磨性能。

Fe_3Al滤芯在煤气化装置飞灰过滤器中的应用

为了解决在干法除尘煤气化技术中广泛使用的飞灰过滤器陶瓷滤芯断裂问题,以神华煤制油装置飞灰过滤器为研究对象,将采用Fe3Al材料制得的滤芯在过滤器中使用。通过测定合成气及飞灰特性、过滤效率、流量-压差曲线、滤饼孔隙率等来分析这种新型材料的性能。结果表明:该滤芯在处理量3×105m3/h情况下,压差稳定控制在20 kPa左右。同时具有良好的耐H2S腐蚀能力,轻微表面腐蚀产物为颗粒状FeS,直径小于0.5μm,可以实现在煤气化装置中的稳定应用。

金属间化合物Fe_3Al的研究进展

对Fe3Al基合金及其相关领域的研究进展进行了综合评述,主要包括:Fe3Al基合金的制备方法和加工性能的改善、Fe3Al基合金的超塑性变形工艺、Fe3Al基复合材料性能的改善、热处理对Fe3Al基合金的强韧化作用。着重论述了Fe3Al基合金的制备方法、强韧化措施、热处理以及复合材料等研究现状,并介绍了近年来Fe3Al基合金及其复合材料在工程上的一些应用情况。

Fe_3Al金属间化合物的高温抗氧化性能

当温度超过1000℃时、二元Fe3Al的抗氧化性能随温度上升而急剧下降对1200℃氧化试样的SEM分析发现试样表面存在晶须状氧化物，氧化层与基体的界面上有大量的孔洞微量的Ce加入Fe3Al可显著地改善合金的抗氧化性能.在1200℃长时间氧化后，含C3的Fe3Al试样表面平整致密，且无氧化物剥落，其抗氧化性能比不含Ce的合金提高了一个数量级关键词##4Fe_3Al;;金属间化合物;;氧化;;

Fe_3Al/Al_2O_3复合材料制备工艺研究

探索了一种新型复合材料的熔渗烧结制备工艺，它不仅是新工艺的探索，更重要的是为这种新型材料的无压烧结和开发利用进行了有益的探索。实验表明，熔渗烧结法是一种可行的复合材料制备方法。

高速电弧喷涂Fe_3Al/WC复合涂层高温冲蚀行为研究

采用自行研制的新型热喷涂Fe3Al/WC复合合金粉芯丝材，成功地用高速电弧喷技术制备出了Fe3Al金属化合物基金属陶瓷复合涂层。对涂层成分、显微组织、涂层相结构和组成进行了分析，结果表明，涂层由以Fe-26Al为主的Fe3Al基体相与约20%的WC、W2C和 a-Al2O3相组成。对比研究了Fe3Al/WC涂层和电站锅炉钢20 g从室温至650 ℃氧化环境条件下不同攻角的高温冲蚀磨损性能，结果表明Fe3Al/WC涂层的高温冲蚀磨损抗力高于20 g钢，650 ℃和30°攻角下的稳态相对冲蚀磨损抗力为20 g钢的3.14倍。温度对Fe3Al/WC涂层的冲蚀行为有较大影响：温度 < 450℃，涂层的冲蚀率变化不大，表现出塑性材料的冲蚀行为；温度 >450 ℃，涂层冲蚀率变化较大，呈现典型的脆性材料冲蚀磨损行为。并对其高温冲蚀磨损机理进行了分析。

Al含量对Fe_3Al金属间化合物耐磨性的影响

采用机械合金化和热压烧结法制备了不同A l含量的Fe3A l金属间化合物块体材料,室温下在M-2000磨损试验机上进行了不同载荷和距离的干摩擦磨损试验,利用SEM观察试样磨损后的表面形貌,对其耐磨性能和磨损机理进行了研究。结果表明,A l含量对热压烧结Fe3A l的耐磨性能有显著影响。除Fe-30A l外,A l含量越高,耐磨性越好,其中Fe-32A l的磨损量大幅度下降,而Fe-30A l出现反常。不同A l含量的Fe3A l块体材料的耐磨性与其力学性能密切相关。不同载荷下Fe3A l块体材料的磨损机制有着明显差异:低载荷下磨损表面发生塑性变形,磨损形式是以磨粒磨损为主的微切削和微犁沟;而在高载荷下,应力集中产生裂纹并迅速扩展,最终导致疲劳断裂,以片层状剥落为主要特征。

洁净煤用非对称结构Fe_3Al滤材的性能测试研究

随着洁净煤技术在中国的大规模装置应用,高温高压合成气净化除尘技术及材料得到越来越高度的重视。详细介绍了自主开发的以Fe3Al为材料的新型耐高温耐腐蚀过滤管各项性能测试与模拟评价。结果表明:非对称结构Fe3Al过滤管具有良好的耐腐蚀能力、较高的高温力学性能、优异的流通能力与再生性能,完全达到了高温腐蚀环境气固分离所需要的各项理化和应用性能要求。