基于梯度配铝的FeV50合金制备及其影响因素

分析了Al,Si,C热还原制备FeV50合金的热力学可行性及铝热还原过程渣金钒铝平衡,采用分期梯度配铝的方式,考察了原料配比、反应温度、加料制度和多期配铝系数对渣中TV含量及合金成分的影响。通过不同还原剂热还原的热力学分析表明:1500 K时,常压条件下碳热还原过程优先生成VC,只有当体系真空度高于76.8 Pa才能得到稳定钒基合金产品;硅热反应仅适用于高价钒氧化物的还原,配加CaO有利于反应的进行以及钒氧化物的还原效率;铝热还原V_2O_5和V_2O_3的单位反应热分别为368.4和221.0 k J·mol^(-1),基本能够满足密闭系统维持自发反应的热量需求。铝热还原渣金热力学平衡分析结果表明FeV50渣中TV含量随合金Al含量的升高而降低,当合金Al含量为2.0%时,渣中理论TV含量为0.27%;若要使渣中理论TV含量降低到0.15%,合金Al含量需达18.8%以上。基于此,采用"梯度配铝"工艺试验,在三期加料制度4-3-1,配铝系数1.30-1.00-0.30,原料配比3∶1,体系温度1850℃的条件下,渣中平均TV含量由均匀配铝的1.85%降低到0.69%,合金Al含量从1.6%降低到0.4%。

Al含量对FeV50合金相变的影响及机理研究

对不同Al含量的FeV50进行熔化和随炉冷却试验,用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析检测物相和微观组织,结果表明:FeV50合金随Al含量的增加,其室温物相由单一的σ相逐渐向α相转变;Al含量存在临界值0.8%,低于0.8%时,FeV50为σ相,超过0.8%,将出现两相共存直至转变为单一的α相。分析认为Al对FeV50合金相变的影响机理表现在两个方面:①随Al含量的增加,合金液的临界晶核尺寸逐渐变大,使得体系中没有过多的能量作为α→σ相变的驱动力;②Al含量越高,其对Fe原子扩散的抑制作用越强,Fe的同素异构转变不能进行,从而阻止α→σ相变的发生。

液相渗氮法制备含氮钒铁合金的热力学分析

采用FactSage软件对液相渗氮法制备含氮钒铁合金反应体系的热力学进行研究。计算结果表明,在1823 K温度下,FeV50合金中N元素含量可达到最高,质量浓度为10.64%,并且可剩余34 mol%左右的液相,1823~1873 K为FeV50液相渗氮的最佳温度,在此温度下,钒优先与氮结合生成V13N6相,然后生成VN相。在热力学计算的基础上,以FeV50合金为原料进行1873~1923 K下管式炉高温渗氮实验,制备出氮含量最高为4.34%的含氮钒铁合金。XRD和SEM分析显示含氮钒铁合金中主要相组成为V,Fe,V2N,VN,V5O9和SiO2,氮化物以V2N和VN的形式均匀分布在富钒相中。实验证明利用液相渗氮法生产含氮钒铁具有可行性。