含Cr量对等离子堆焊Fe-Cr-Ti-C合金组织与性能的影响

为获得高硬度的铁基堆焊合金,设计开发了多种不同Cr质量分数的Fe-Cr-Ti-C合金粉末,采用等离子堆焊技术在碳钢基体上制备相应堆焊层.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对不同Cr质量分数Fe-Cr-Ti-C合金的显微组织、物相组成和显微硬度进行分析.结果表明:Fe-Cr-Ti-C合金堆焊层组织由奥氏体(γ)、马氏体(M)、M_(7)C_(3)和TiC组成,堆焊层中随着Cr质量分数的提高,马氏体基体组织数量先增大后减小,M_(7)C_(3)数量逐渐增多,且形态由断续网状转变为初生六边形,TiC呈开花状或块状;堆焊层侧面显微硬度呈梯度分布,随着Cr质量分数的增加,堆焊层表层的硬度值不断提高,Cr质量分数为15.0%时其硬度达到最佳值,合金堆焊层顶端显微硬度平均值最高,达到HV 0.21186.

Fe-Ti二元系热力学评估比较

Fe-Ti二元系作为多组元Fe合金和多组元Ti合金的子系统,其热力学性质研究是将其拓展到多维应用的基础.利用CALPHAD方法,选取近几十年来最具代表性的5篇Fe-Ti二元系评估研究论文,复现各评估研究的计算结果,比较不同评估对稳定相的热力学建模的相异性和对最终评估结果的影响,同时指出某些评估中存在的问题.

V-Ti-Fe三元合金显微组织、氢传输行为及耐蚀性能研究

Nb-Ti-Fe双相合金已被证实具有优异的渗氢性能,有望成为替代传统Pd膜的渗氢材料。V和Nb同属于5B族,具有类似的物理化学性质,但是,V-Ti-Fe双相合金组织转变规律和渗氢性能至今无人研究。基于此,本工作对V-Ti-Fe三元合金的显微组织和渗氢行为开展了详细研究,并探索了热处理和电化学腐蚀对改善渗氢性能的可能性。研究结果表明:V-Ti-Fe三元合金体系中存在一个包共晶凝固反应,即L+TiFe_(2)→Bcc-(V,Ti)+TiFe(1626 K)。液相面投影图中存在三个相区,分别为TiFe相区、TiFe_(2)相区和Bcc-(V,Ti)相区。其中,TiFe相区合金室温组织由初生TiFe相和{Bcc-(V,Ti)+TiFe}共晶结构组成,TiFe_(2)相区合金室温组织由初生TiFe相、TiFe_(2)相和Bcc-(V,Ti)相构成,Bcc-(V,Ti)相区合金室温组织由初生Bcc-(V,Ti)相和TiFe相组成,渗氢性能测试证实了该系合金抗氢脆性能较弱。具体来说,上述三区域内部铸态合金在渗氢实验前均发生了不同程度的破碎,仅V_(2.5)Ti_(62.5)Fe_(35)合金能够渗氢,不过,该合金在渗氢后期发生断裂。最后,本工作采用电化学腐蚀和真空热处理两种方法改善该合金体系的渗氢性能,其中,V_(2.5)Ti_(62.5)Fe_(35)合金具有较高的耐腐蚀性能,经热处理后该合金的渗氢性能明显提升,其在623 K下的氢渗透性能为1.03×10^(-9)mol H_(2)m^(-1)·s^(-1)·Pa^(-0.5)。

Ti-Si-Fe合金添加量对Si_(3)N_(4)结合SiC材料结构与性能的影响

为促进Si_(3)N_(4)结合SiC耐火材料的致密化,降低Si粉氮化温度,以SiC颗粒和细粉、Si粉为主要原料,利用从高钛型高炉渣提取的Ti-Si-Fe合金部分取代Si粉,在埋碳气氛下于1350℃反应烧结5 h,制备了Si_(3)N_(4)结合SiC耐火材料。研究了Ti-Si-Fe合金添加量(加入质量分数分别为0、1.8%、3.6%、5.4%、7.2%)对Si粉的氮化行为、材料力学性能和显微结构的影响,并探讨了氮化反应烧结机制。结果表明:1)随着Ti-Si-Fe合金添加量的增加,材料的常温力学性能和高温抗折强度明显改善,荷重软化温度均超过1700℃,Ti-Si-Fe合金添加量超过3.6%(w)后材料性能的增幅变缓;2)Ti-Si-Fe合金促进了Si粉在较低温度下的完全氮化和材料的反应烧结,Ti-Si-Fe合金中各物相及Si粉氮化反应的体积增加能够充填气孔,氮化产物改善骨料与基质、基质内部的结合状态,从而提高材料的致密化程度,改善力学性能;3)引入Ti-Si-Fe合金后,反应体系中形成了富含Ti、Si、N、Fe成分的液相,氮化物的形成除传统的VS、VLS机制外,溶解-沉淀机制在短柱状β-Si_(3)N_(4)、粒状TiN的形成中起到主导作用,交错连结的α-Si_(3)N_(4)晶须、短柱状β-Si_(3)N_(4)、粒状TiN对材料的力学性能起到增强作用。

Ti-Si-Fe添加量与氮气压强对BN/SiC/Si_(3)N_(4)复相陶瓷材料的影响

以BN粉、Si粉、SiC粉、Ti-Si-Fe合金、助烧剂B_(2)O_(3)及外加结合剂酚醛树脂(PFF)为原料,采用原位氮化反应烧结制备BN/SiC/Si_(3)N_(4)复相陶瓷材料。探讨了在氮气气氛中添加不同含量Ti-Si-Fe合金部分替代硅粉及不同的气压下制得试样的力学性能差异。结果表明,Ti-Si-Fe合金中的Fe、Mn等元素促进了硅粉的氮化和氮化硅晶须的生长,所有的氮化产物均可以更好地填充气孔并提高试样的致密化程度以及调控材料的力学性能。当Ti-Si-Fe合金添加量为1.5 wt.%时,常压下试样的显气孔率最低为25.3%、体积密度最高为1.97 g·cm^(-3),常温抗弯强度最高为33.8 MPa;气压下试样的显气孔率最低为20.8%,体积密度最高为2.15 g·cm^(-3),常温抗弯强度最高为43.4 MPa。与常压相比,2 MPa气氛压力烧成的试样,纤维状的Si_(3)N_(4)晶须明显偏少,柱状的Si_(3)N_(4)晶须明显偏多。

Ti-Al-Fe体系bcc相扩散系数及原子移动性

钛合金中合金元素的扩散行为对材料的制备、加工、服役等过程至关重要。研究了1000和1100℃时Ti-Al-Fe体系bcc相中的元素扩散行为,制备了8对bcc-Ti-Al-Fe单相合金扩散偶。分别在1000℃/8.5 h和1100℃/7 h条件下进行扩散,利用EPMA技术测定成分-距离曲线。通过得到的成分-距离曲线,采用CALPHAD方法建立了Ti-Al-Fe体系bcc相的原子移动性数据库。在优化过程中,采用HitDIC软件得到了原子迁移率参数和互扩散系数。利用得到的原子移动性参数对扩散偶的扩散过程进行了模拟,计算结果与实验扩散特性(互扩散、组分-距离分布和扩散路径)一致,验证了该数据库的准确性。这一研究成果对于深入理解钛合金的微观组织演变和性能具有重要意义。

河北大庙Fe-Ti-P矿床中铁钛磷灰岩的成因:来自磷灰石的证据

铁钛磷灰岩仅由磷灰石和铁钛氧化物组成,常赋存于岩体型斜长岩中,成因上有不混溶和分异堆晶两种不同的认识。本文从磷灰石角度讨论河北大庙铁钛磷灰岩的形成机制。大庙铁钛磷灰岩常产出于浸染状Fe-P矿体内部,有时与块状铁矿石交互出现形成韵律条带状矿石,为岩浆结晶分异的产物。铁钛磷灰岩中磷灰石呈浑圆状,含量变化于15%～34%。铁钛磷灰岩的全岩和磷灰石微量元素分析显示,磷灰石比全岩相对富集稀土元素达2.96～6.93倍,但两者的配分型式基本平行。质量平衡计算(R∝1/F)的结果表明,铁钛磷灰岩中几乎100%的稀土元素赋存于磷灰石中。综合上述特征,反映磷灰石为结晶分离的堆晶矿物,铁钛磷灰岩应为堆晶成因。因为如果磷灰石结晶于铁钛磷灰岩不混溶熔体,它的稀土元素分配系数也不会变化达2.3倍(变化于2.96～6.93)。计算出该磷灰石的母岩浆稀土元素组成,与浸染状Fe-P矿石最为相似,结合它与铁钛磷灰岩之间紧密共生的野外特征以及相似的全岩及磷灰石稀土元素配分型式,认为磷灰石最可能是在浸染状Fe-P矿浆中,经结晶分离作用形成铁钛磷灰岩。

Fe-Ti-C熔体中TiC颗粒的原位合成及长大过程研究

本文研究了Fe－Ti－C合金熔体中原位TiC颗粒的形成过程，结果表明：在合金熔体的等温过程中，Ti和C原子首先不断反应合成TiC颗粒，直至生成的TiC与熔体达到平衡；然后，TiC颗粒按照小颗粒不断溶解、大颗粒相应粗化的模式而长大其中，TiC颗粒的合成过程又可进一步分为TiC晶核的形成和长大两个阶段，形核阶段越长，熔体中TiC颗粒的数目越多．尺寸越小，而当TiC的合成反应平衡后、如继续延长等温时间，则熔体中TiC颗粒的尺寸增加。

激光熔覆Fe-Ti-B复相涂层的组织研究

应用５ｋＷ激光器在１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢基体上进行ＦｅＴｉＢ合金的激光熔覆，用金相显微镜、Ｘ射线衍射、电子探针等微观分析手段对涂层中组成相的类型和形貌进行了分析。结果发现涂层中ＴｉＢ２有针状、棒状以及颗粒状等形态。这与激光加工工艺参数有关，同时由于ＴｉＢ２的生成消除了激光熔覆ＦｅＢ合金涂层中ＦｅＢ相的偏析。

Fe-Ti-C熔体在大气条件下原位合成TiC_P/Fe复合材料的研究

为了在大气条件下利用 Fe- Ti- C熔体中 Ti C的合成反应制备原位 (in situ) Ti CP/Fe复合材料 ,研究了三种覆盖剂对熔体中 Ti元素氧化烧损率的影响 ,并分析了所得复合材料的组织和性能。结果表明 :采用所开发的混合盐型覆盖剂能在大气条件下制备出原位 Ti CP/Fe复合材料 ,且原位合成的 Ti C颗粒尺寸细小、分布均匀 ,从而使制备的复合材料特别是经淬火处理后的复合材料具有较高的力学性能。

机械合金化Nd—11Fe-Ti合金和机械研磨 NdFe_(11)Ti化合物退火时的相转变

采用 Ｘ射线衍射、初始交流磁性率和差热分析研究了机械合金化 Ｎｄ－１１Ｆｅ－Ｔｉ（原子比）合金粉和机械研磨 ＮｄＦｅ_１１Ｔｉ比台物粉在退火过程中的相转变．球磨７ｈ后二者均由非晶相和Ｔｉ在α－Ｆｅ中过饱和固溶体组成。机械合金化粉末样品中的非晶相的晶化温度为 ６２０℃，晶化亚稳相为 ＴｂＣｕ_７，结构的 Ｎｄ（Ｆｅ；Ｔｉ）７， ９００℃以上退火时。亚稳相转变成 ＴｈＭｎ１２结构 Ｎｄ（Ｆｅ， Ｔｉ）１２相；机械研磨的ＮｄＦｅ１１Ｔｉ化合物树中非晶相在６３８℃晶化形成的Ｎｄ（Ｆｅ，Ｔｉ）７在１０００℃以上退火向Ｎｄ（Ｆｅ，Ｔｉ）_１２相转变。

电场作用下Fe含量对Fe-Ti-C体系低温燃烧合成的影响

采用Gleeble-1500D热模拟机,对电场作用下Fe含量对Fe-Ti-C体系低温燃烧合成过程和产物显微结构特征的影响进行了研究。结果表明:在电场和大热流密度作用下,体系的点火温度可以大幅降低;Fe含量越高,其对体系低温燃烧合成过程的影响越大。随Fe含量增加,体系点火温度升高,点火延迟时间缩短,所达到的最高温度也升高;与高温燃烧合成类似,低温燃烧合成的产物由TiC,Fe,少量Fe_2Ti组成;当Fe含量为45％时(质量百分数,下同),产物中的TiC量最多,且颗粒细小。

斜长岩体中Fe-Ti-P矿床的特征与成因

岩体型斜长岩为由90%以上斜长石组成的岩浆岩,具变压结晶的特点,仅形成于元古宙(2.1～0.9Ga),常赋存有Fe-Ti-P矿床。Fe-Ti-P矿体既呈整合层状也呈透镜状和席状等不规则形式产出;矿石类型有块状和侵染状,前者矿石矿物含量>70%,后者矿石矿物含量为20%～70%;矿物组成上,不同矿床稍有差别:部分矿床的Fe-Ti氧化物以钛磁铁矿为主、钛铁矿次之,而其他矿床则以赤钛铁矿为主、磁铁矿次之。一些矿床磷灰石含量较高,出现仅由Fe-Ti氧化物和磷灰石组成的铁钛磷灰岩。研究表明,Fe-Ti-P矿床由富Fe、Ti的岩浆演化形成,其母岩浆是在深部岩浆房中大量结晶斜长石后的残余岩浆。部分学者认为不同矿石经正常的结晶分异作用并堆晶形成,但该机制很难解释呈不规则状产出的矿石;其他学者则认为不混熔作用对矿石的富集(尤其是脉状、席状的铁钛磷灰岩)有重要作用,但该机制缺乏岩相学和地球化学方面的证据。河北大庙Fe-Ti-P矿体呈透镜状、席状等不连续地分布于斜长岩中,矿体不发育明显岩浆分层,但仍出现不同矿石的相带。依据详细的岩相学、矿体中矿物含量和成分的变化规律以及全岩地球化学特征,我们判断大庙矿床中不同矿石为堆晶矿物和晶隙流体的混合产物,它们由铁闪长质岩浆经结晶分异和堆晶作用形成,与不混熔作用关系不大。矿体不规则状产出的特点可能与岩浆动力分异作用有关,并伴随有小范围的亚固相迁移。

青海尕林格矽卡岩铁多金属矿床Fe-Ti氧化物及其热动力学意义

尕林格大型矽卡岩型铁多金属矿床地处东昆仑祁漫塔格山与柴达木盆地结合部位靠近盆地一侧。本文主要针对尕林格矿床Ⅱ矿群内发现的热液性质的Fe-Ti氧化物共生组合（HYM）和新鲜镁铁质玄武安山岩中火成性质的Fe-Ti氧化物共生组合（IGM）的化学成分及其热动力学平衡进行了详细研究。镜下观察发现，HYM与镁铁尖晶石共生，钛铁矿呈叶片状平行于磁铁矿八面体的（111）面出溶，根据氧化反应的平衡公式计算得到出溶反应的平衡温度集中在581．8～688．9℃之间，氧逸度fo2介于10-14～10-17.94之间；IGM主要与岩浆中的镁铁质矿物相平衡，其出溶反应的平衡温度范围为690．7～740．3℃．氧逸度集中在10-15.44～10-17.30之间。计算结果表明，尕林格矽卡岩型铁矿的最初成矿温度可达700℃，接近于水饱和岩浆结晶时的温度，因此判断HYM形成于岩浆演化早期高温高盐度流体的最初冷却过程。由于早期高温高盐度流体与嗣岩地层中的镁铁质火山岩发生交代反应，淋滤出大量的Fe、Ti、A1、Mg、Cu等金属物质。在高温条件下，Ti和A1进入磁铁矿晶格，导致含钛磁铁矿在降温过程中经历了氧化出溶反应形成钛铁矿一磁铁矿共生组合。

预设加热温度对Fe-Ti-C系低温燃烧合成的影响及燃烧合成机理探讨

采用Gleeble-1500D热模拟试验仪,就预设加热温度对55w%(Ti+C)+45w%Fe压坯在大热流密度条件下燃烧合成过程的影响进行了研究。结果表明:在各预设加热温度条件下,体系的反应起始温度均在400℃以下,且随预设加热温度的升高,体系燃烧反应起始温度下降。同时讨论了在电场作用下体系燃烧合成的机理。认为:由于粉末压坯结构的不连续性,外加电场将对其产生能量有特有贡献,导致在低温条件下压坯获得巨大的能量而发生反应。

Fe-Ti-C系燃烧合成反应的热力学分析

利用相图计算技术（ＣＡＬＰＨＡＤ）对Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ燃烧合成反应体系进行热力学分析，着重研究Ｆｅ含量和Ｃ／Ｔｉ原子比对体系绝热燃烧温度Ｔａｄ和平衡相组成的影响．研究结果表明，Ｆｅ含量对 Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ三元系的平衡相组成影响不大，但对绝热燃烧温度的影响非常大．当保持Ｃ／Ｔｉ原子比接近１．０时，不管Ｆｅ含量如何变化；在２９８Ｋ下均会得到理想的平衡相组织ＴｉＣ＋Ｆｅ 随Ｆｅ含量增加，体系的绝热燃烧温度大致呈线性降低．Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ体系发生ＳＨＳ反应的热力学条件之一（Ｔａｄ＞１８００Ｋ）是Ｆｅ＜５５ｗｔ％．而 Ｃ／Ｔｉ原子比对绝热燃烧温度的影响比较小，但对平衡相组成影响非常大，主要表现在两个方面：①石墨相的析出温度不同．随Ｃ／Ｔｉ原子比降低，析出温度也随之降低．②在各温区石墨相的含量不同．当 Ｃ／Ｔｉ在１．０～１．４变化时，石墨相含量在低温区由１％提高到１６％．

激光熔覆Fe-Ti-V-C合金微观组织与磨损性能

采用激光熔覆技术在20G基体上制备五组不同Ti质量分数的Fe-Ti-V-C系合金,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和磨料磨损试验机等仪器对各熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性进行测试和分析。试验结果表明:五组合金熔覆层基体组织均由铁素体和马氏体构成;随着熔覆层中Ti质量分数的增加,针状马氏体基体组织转变为板条马氏体;初生(Ti,V)C的形态由树枝状和花瓣状向颗粒状转变,同时碳化物(Ti,V)C的数量逐渐增多,当Ti质量分数为14.7%时,碳化物的数量达到最高值。熔覆层截面显微硬度梯度分布合理,表层硬度达到700~950 HV0.2。湿砂磨粒磨损试验表明:适量Ti显著提高了熔覆层的耐磨性,熔覆层中随着Ti质量分数的提高,耐磨性先降低后提高,当Ti质量分数为14.7%时,大量颗粒状(Ti,V)C均匀弥散分布在铁素体及板条马氏体基体上,使得熔覆层具有最佳的耐磨性。

华北克拉通北缘元古宙大庙Fe-Ti-P矿床的挥发份组成和C-H-O同位素研究

华北克拉通北缘～1.74Ga大庙斜长岩杂岩体赋含有大型Fe-Ti-P矿床。采用分步加热质谱法分别测定了块状Fe-Ti矿石、块状Fe-Ti-P矿石和浸染状矿石中磁铁矿、磷灰石和斜长石释出的挥发份组成、含量以及C-H-O同位素组成。依据矿物的释气总量变化特征将释气过程分为三个阶段:200～400℃、400～800℃和800～1200℃。根据不同类型矿石中矿物在不同释气阶段的挥发份组成、含量以及C-H-O同位素组成,可将含矿岩体中的流体类型分成四种:(1)斜长石800～1200℃阶段释出的变质流体,主要以H2O、N2+CO和CO2为主;(2)斜长石400～800℃阶段释出的幔源流体组分,主要以H2O、H2、CH4和CO2为主;(3)磁铁矿400～800℃阶段释出的地表流体,主要以H2O、CO2、SO2和H2S为主;(4)所有矿物200～400℃阶段释出的代表后期次生包裹体的组分,以H2O和CO2为主。矿石中的磁铁矿相对富集H2O和CO2等流体组分,是在相对氧化的条件下结晶的;而斜长石释出气体中H2和CH4的含量较高,是在相对还原的环境中结晶的。这反映出斜长石可能是在岩浆早期相对还原的条件下结晶的,而磁铁矿是在岩浆演化晚期相对氧化的条件下结晶的,这一过程的转变可能与岩浆演化晚期,岩浆中的挥发份逐渐聚集以及地表流体的加入有关。岩浆中H2O和CO2等流体含量的不断增加导致岩浆的氧逸度逐渐升高,最终造成磁铁矿的大量结晶并富集成矿。

过程控制剂对Fe-C-Ti粉末机械合金化的影响

研究了过程控制剂对Ｆｅ－Ｃ－Ｔｉ合金粉末的出粉率、粉末形态及机械合金化过程的影响。结果指出，添加过程控制剂可明显提高出粉率，且合金粉末大小均匀，但降低了碳和钛向铁中的固溶速率，使机械合金化过程滞后。

激光熔覆Fe-Ti-B复合材料涂层的组织

选用合适的激光工艺参数及涂层成分,利用激光熔覆工艺在45#钢表面制备了原位析出Fe2Ti2B复合材料涂层。远离平衡态的激光表面处理工艺使涂层中原位析出了一定数量的不同于稳定相的亚稳定相。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段对涂层的显微组织及相结构进行了研究。结果表明:涂层中主要含有呈块状、条状、颗粒状或团絮状分布的Fe2B(Fe3B)/α2Fe和TiB2(TiB)/α2Fe低熔点共晶或离异共晶组织;原位共晶相析出时与基体保持某种最合理的空间取向,在α2Fe基体与原位析出相界面上存在隐约可见的位错堆积。