Cr含量对退火态纳米晶Fe3Al材料晶粒尺寸和力学性能的影响

对铝热反应法制备的分别含5%、10%和15%Cr(质量分数)的块体纳米晶Fe3Al材料在1 000℃等温退火8 h,利用XRD研究退火态纳米晶Fe3Al材料的晶体结构和平均晶粒尺寸,并用TEM对含10%Cr的Fe3Al合金的微观组织进行表征。结果表明:材料的晶体结构为无序bcc结构;随Cr含量升高,3种材料的平均晶粒尺寸分别为26、29和36 nm。压缩性能研究表明:等温退火后材料的流变应力随Cr含量的增加而明显降低,材料具有较大的塑性变形量。

不同压力下的热压加工对含Mn块体纳米晶Fe3Al组织和性能的影响

对铝热反应熔化制备的含10wt%Mn块体纳米晶Fe3Al材料在800℃和1000℃温度下,采用不同压力进行热压加工,利用XRD研究热压加工前后纳米晶粒尺寸的变化,并测试硬度变化和压缩率。结果显示,不同温度、压力下热压加工后,晶粒尺寸变化不大;热压加工后,材料的硬度有所上升,但温度和压力对硬度影响不大;热压加工中,材料表现出较好的塑性变形,并随着热压压力的增大,材料压缩率逐渐增大,但温度对材料的压缩率影响不明显。热压加工后,块体纳米晶Fe3Al材料几何尺寸得到了增大。

反应物量对纳米晶Fe_3Al组织和性能的影响

利用铝热反应熔化方法分别在反应物量为50、100、200g的条件下制备了块体纳米晶Fe3Al材料,通过TEM和XRD研究了材料的晶粒尺寸,并研究了材料室温压缩性能和硬度。结果表明,所制备的材料主要由非晶和纳米晶组织组成,当反应物量增大,部分区域甚至出现微米晶组织。反应物量为50g时Fe3Al材料中非晶较多,不存在微米晶;反应物量为100g时主要以纳米晶为主,非晶数量减少,伴随有少量的微米晶出现;反应物量为200g时,材料以纳米晶为主,微米晶数量较100g时有所增加。随着反应物量的增加,纳米晶相的平均晶粒尺寸增加,屈服强度和硬度呈先增大后减小的趋势。

等温处理对铝热法制备的块体纳米晶Fe_3Al晶粒尺寸和硬度的影响

为研究等温处理对铝热法制备的块体纳米晶Fe3Al平均晶粒尺寸和硬度影响,对制得的材料进行800～1 200℃的等温处理.通过XRD和TEM分析材料的晶体结构和平均晶粒尺寸,用布洛维光学硬度计测定材料的维氏硬度.结果表明:等温处理前后纳米晶Fe3Al的晶体结构未发生变化,均为无序bcc结构;材料的平均晶粒尺寸约为16 nm,在等温处理之后有所长大,1 200℃等温处理8 h后,平均晶粒尺寸达到最大值20 nm;纳米晶Fe3Al的维氏硬度约为481 HV,在等温处理之后略有减小,经1 200℃等温处理8 h,维氏硬度最小值为457 HV.

合金元素V对Fe_3Al基纳米晶材料微观组织及力学性能的影响

通过铝热反应熔化法制备了合金元素V质量分数分别为5%、10%、15%的块体纳米晶Fe3Al材料。通过金相、XRD、SEM、TEM分析了其微观组织,研究了材料在室温压缩下的力学性能。经分析,V质量分数为5%和15%的Fe3Al纳米晶材料主要由无序bcc结构组成,未出现有序峰,而V质量分数10%的Fe3Al纳米晶材料由B2结构组成,出现(100)的有序峰;随着合金元素V质量分数的增加,材料的平均晶粒尺寸、维氏硬度、屈服强度和延伸率均先显著增大后显著减小;V质量分数10%的Fe3Al纳米晶材料的晶粒尺寸、硬度、屈服强度和延伸率为最大,分别为60 nm、359 HV、582 MPa和15.1%。

Mn元素对纳米晶Fe_3Al材料的力学性能的影响

研究了合金元素Mn不同含量对铝热反应熔化法制备的块体纳米晶Fe3Al材料力学性能的影响,结果表明当Mn添加到纳米晶Fe3Al材料中,对其压缩屈服强度和抗弯强度影响显著。加Mn 10%时,纳米晶Fe3Al材料的力学性能得到很大提高,使材料由脆性材料向塑性材料转变,大幅度提高了其压缩屈服强度,而且提高了抗弯屈服强度。含Mn 10 wt%的材料具有最佳的力学性能是由于其具有最小的纳米晶粒尺寸。对含Mn 10 wt%的材料在不同加载速率下进行的压缩性能试验研究表明:材料的压缩屈服强度随加载速率的增大而降低。

底材对添加不同合金元素的纳米晶Fe_3Al基合金组织和力学性能的影响

通过铝热反应法分别在玻璃和铜底材上制备了块体纳米晶Fe3Al、Fe3Al-10Mn、Fe3Al-10Cr合金,研究了不同底材和合金元素对合金显微结构和力学性能的影响.结果表明:玻璃底材上得到Fe3Al-10Mn合金为有序DO3结构,其他均为无序bcc结构;玻璃底材上得到的合金平均晶粒尺寸分别为27 nm、19 nm、23 nm;而铜底材上得到的合金分别为18 nm、15 nm、22 nm;玻璃底材上得到的Fe3Al和Fe3Al-10Mn合金的屈服强度和维氏硬度有所降低,但纯Fe3Al合金的塑性较好,同时玻璃底材上Fe3Al-10Cr合金的维氏硬度和屈服强度分别提高了42.4%和20%,分别为292 HV30和960 MPa;不同合金元素对在玻璃底材上制备的合金塑性影响不大,但屈服强度有所提高.

Si对铝热反应法制备的块体纳米晶Fe-Al-Cr，Fe-Al-Mn材料组织和性能的影响

通过铝热反应法分别制备未加Si和加Si的块体纳米晶Fe-Al-Cr和Fe-Al-Mn材料。利用OM,XRD,EPMA和TEM对制得的材料进行微观组织观察。结果表明:加入质量分数为5%的Si之后,2种材料的平均晶粒尺寸变化不大;含10%Cr的材料晶体结构没有发生变化,均由无序bcc结构组成,而含15%Mn材料的晶体结构由之前的有序DO3结构向B2结构转变;Si元素的加入可降低Cr、Mn元素在Fe3Al中的溶解度,使基体中有Cr、Mn相析出。对材料进行硬度和应力应变曲线的测试,发现加入5%Si后,各材料的硬度均有较大程度的提高,塑性显著降低;含10%Cr的材料屈服强度由790 MPa减小至642 MPa,而含15%Mn的材料屈服强度由708 MPa增大至808 MPa。

退火时间对块体纳米晶Fe_3Al材料组织性能的影响

在800℃下对铝热反应法制备的含10%Ni的纳米晶Fe3Al材料进行了不同时间的等温热处理,保温时间分别为4、8、12、16、20、24和48 h。利用XRD和TEM分析了不同保温时间下材料的平均晶粒尺寸,并对硬度进行了测试,研究了晶粒尺寸变化趋势以及硬度变化规律,探讨了两者之间的变化关系。结果表明:材料的平均晶粒尺寸在不同时间的退火处理后,呈现出两次减小,两次增大,最后趋于平稳的过程。晶粒尺寸在4 h等温处理后达到最小值16 nm,在24 h等温处理后达到最大值35 nm。存在一个临界值dc=20 nm,当晶粒尺寸小于dc时,维式硬度和晶粒尺寸之间满足反Hall-Petch关系,当晶粒尺寸大于dc时,两者之间呈现正的Hall-Petch关系。16 h退火处理后维氏硬度最大为490 HV,24 h退火后维氏硬度最小为410 HV。

热压加工对含铬、镍块体纳米晶Fe_3Al组织和性能的影响研究

对通过铝热反应熔化制备的含10%(质量分数,下同)的铬和10%镍的块体纳米晶Fe3Al材料在不同温度、不同次数下进行了热压加工。利用XRD研究了热压加工前后纳米晶粒尺寸的变化,并测试了硬度变化和压缩率。结果显示:含10%铬的纳米晶Fe3Al在600℃表现出较好的塑性变形能力,材料在热压加工前后都是由无序bcc结构的Fe3Al相组成;含10%镍的纳米晶Fe3Al在800和1 000℃表现出较好的塑性变形能力,材料在热压加工前为无序bcc结构的Fe3Al相,在1 000℃热加工后,已转变为DO3有序结构;两种材料的压缩率都随着热压加工次数的增加逐渐增大。含10%铬的纳米晶Fe3Al在600℃和含10%镍的纳米晶Fe3Al在1 000℃随着热压加工次数的增加,晶粒尺寸都发生了增大,但材料硬度变化不大。