凝固速率对Fe-Al-Ta共晶合金凝固组织及性能的影响
发布时间：2021-01-09 09:58
金属间化合物是新一代具有极大应用潜力的高温结构材料,其结构排列长程有序,具有高熔点、高热导及良好的抗磨损、腐蚀和冲击性能。其中,Fe-Al金属间化合物以其优良的高温耐蚀性、高温抗氧化性、密度小、成本低等一系列优点得到了材料学者的广泛关注。然而,室温脆性的缺点在金属化合物中普遍存在,同时温度在600℃以上时,Fe-Al系金属间化合物的抗蠕变性能变差且强度明显下降,严重影响了该材料的工业应用。在定向凝固技术及Fe-Al金属间化合物强韧化机理的研究发展基础上,本文将定向凝固技术同合金化方法结合起来以提高Fe-Al金属间化合物的高温强度和塑性。依据Fe-Al二元相图,在Fe-Al金属间化合物中添加一定量的高熔点Ta元素,借助改进的Bridgman定向凝固技术,制备凝固速率为650μm/s、700μm/s、800μm/s、900μm/s的Fe-Al-Ta共晶自生复合材料。研究分析了较高凝固速率对Fe-Al-Ta共晶的组织形貌特征、相组成、相界面形态演变规律、晶体学取向和力学性能的影响,探明定向凝固Fe-Al-Ta共晶凝固组织特征和力学性能受凝固速率的影响机理。凝固速率为650μm/s、700μm...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-Al二元合金相图[97]
西安建筑科技大学硕士学位论文19相，实现Fe-Al合金提高强度与增强韧性的目标。在共晶点处生成的Laves相最多，因此熔配母合金时选择合金的共晶点成分比例。图2.3是Fe-Al-Ta三元合金的等温截面图[90]，根据相图中显示的共晶点成分比配制母合金的原子成分比为：Fe:Al:Ta=85:8:7。由公式2-1，2-2分别得出三种元素的质量百分数。100%PMPMPMPMWeeFlAFlTaTAaeFeFFe(2-1)100%PMPMPMPMWeeFlAFlTaTAalAlAAl(2-2)图2.3Fe-Al-Ta三元合金等温截面图[90]Fig.2.3IsothermalsectionoftheFe-Al-Taphasediagram[90]
西安建筑科技大学硕士学位论文20因此，母合金成分的质量百分数为：Fe:76.25wt.%、Ta:20.29wt%、Al:3.46wt.%。2.2.2母合金的熔铸及切割本文母合金的熔炼使用仪器是西北工业大学凝固技术课题组的真空感应熔炼装置（ZG－0.010W/L型）。其熔炼工作原理是：在真空气氛中，金属导体借助中频电磁感应形成涡流，对装炉的原料进行加热，进而熔化精炼。本文试验所需炉料采用表面处理过的高纯原料：99.9%纯Fe颗粒、99.999%纯Al颗粒和99.95%纯Ta颗粒。为防止熔炼过程中出现水蒸气喷溅现象，所有原料在装炉前都干燥处理。同时，为避免出现架桥现象，装料时应由下到上逐渐变松。因为原料中三种元素的密度、熔点均差别较大，密度大的Ta元素熔点远远高于密度小的Al元素的熔点，所以在装料时，三种元素的放置顺序从下到上依次为Al、Fe、Ta，避免产生喷溅。同时，考虑熔化的均匀性，在实际装料时需采用多层次重复放置，采用这种装料形式可以极大限度的防止Al元素的喷溅，但是不可避免，所以我们在准备原料时必须将Al的烧损率（3%）考虑进去。装料完成后开始抽真空，抽至1.0×10-2Pa为止，根据炉料的特点，逐步提高加热功率，以一定的速度熔化炉料，直至完全熔化精炼。最后将熔炼好的金属液浇铸至保温好的模型壳具中，取出模壳放入沙土中，待其自然冷却凝固后，用工具敲碎模壳，拿出母合金铸锭。图2.4为制备的母合金铸锭。借助电火花线切割技术将真空感应熔炼得到的Fe-Al-Ta共晶母合金铸锭进行图2.4Fe-Al-Ta母合金铸锭Fig2.4MasteralloyingotofFe-Al-Ta
【参考文献】：
期刊论文
[1]热喷涂FeAl金属间化合物涂层的综述[J]. 王猛,周勇. 热加工工艺. 2018(06)
[2]定向凝固技术的研究进展与应用[J]. 问亚岗,崔春娟,田露露,杨猛,薛添. 材料导报. 2016(03)
[3]定向凝固技术的研究现状及发展趋势[J]. 李勇,郑碰菊,张建波,刘耀,杨新涛. 材料导报. 2014(23)
[4]Ag-O系定向凝固制备藕状多孔Ag[J]. 梁娟,杨天武,李再久,谢明,金青林. 贵金属. 2014(S1)
[5]电磁约束成形的技术特点及其发展前景[J]. 杜玉俊,沈军,熊义龙,王雷,傅恒志. 材料导报. 2012(07)
[6]MA-PAS和MA-HP烧结制备的Fe3Al金属间化合物的组织和力学性能（英文）[J]. 王建,邢建东,汤慧萍,杨保军,李亚宁. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(11)
[7]Fe-Al金属间化合物研究概况与发展方向[J]. 王建,汤慧萍,邢建东,王建永,李亚宁,杨保军,谈萍,葛渊. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[8]我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能[J]. 郭建亭,周兰章,袁超,侯介山,秦学智. 中国有色金属学报. 2011(02)
[9]自蔓延熔铸法制备铁铝金属间化合物[J]. 高峰,郭志猛,林涛. 铸造技术. 2008(03)
[10]难熔金属单晶的电子束悬浮区熔定向凝固[J]. 王红,张军,崔春娟,刘林,傅恒志. 材料工程. 2008(02)
博士论文
[1]高温度梯度定向凝固NiAl-Cr（Mo）合金组织及力学性能[D]. 商昭.西北工业大学 2015
[2]定向凝固金属间化合物Al2Cu相的生长形态、取向及力学性能研究[D]. 高卡.西北工业大学 2014
[3]纳米Fe3Al金属间化合物吸波性能的研究[D]. 周春华.山东大学 2005
硕士论文
[1]亚快速定向凝固Fe-Al-Ta三元合金的组织形成机理[D]. 问亚岗.西安建筑科技大学 2017
[2]B2-FeAl金属间化合物中氢行为的第一性原理研究[D]. 黄广棋.中国工程物理研究院 2017
[3]二维定向凝固的热传输及主要组织结构的研究[D]. 邓沛然.湘潭大学 2002
本文编号：2966430
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-Al二元合金相图[97]
西安建筑科技大学硕士学位论文19相，实现Fe-Al合金提高强度与增强韧性的目标。在共晶点处生成的Laves相最多，因此熔配母合金时选择合金的共晶点成分比例。图2.3是Fe-Al-Ta三元合金的等温截面图[90]，根据相图中显示的共晶点成分比配制母合金的原子成分比为：Fe:Al:Ta=85:8:7。由公式2-1，2-2分别得出三种元素的质量百分数。100%PMPMPMPMWeeFlAFlTaTAaeFeFFe(2-1)100%PMPMPMPMWeeFlAFlTaTAalAlAAl(2-2)图2.3Fe-Al-Ta三元合金等温截面图[90]Fig.2.3IsothermalsectionoftheFe-Al-Taphasediagram[90]
西安建筑科技大学硕士学位论文20因此，母合金成分的质量百分数为：Fe:76.25wt.%、Ta:20.29wt%、Al:3.46wt.%。2.2.2母合金的熔铸及切割本文母合金的熔炼使用仪器是西北工业大学凝固技术课题组的真空感应熔炼装置（ZG－0.010W/L型）。其熔炼工作原理是：在真空气氛中，金属导体借助中频电磁感应形成涡流，对装炉的原料进行加热，进而熔化精炼。本文试验所需炉料采用表面处理过的高纯原料：99.9%纯Fe颗粒、99.999%纯Al颗粒和99.95%纯Ta颗粒。为防止熔炼过程中出现水蒸气喷溅现象，所有原料在装炉前都干燥处理。同时，为避免出现架桥现象，装料时应由下到上逐渐变松。因为原料中三种元素的密度、熔点均差别较大，密度大的Ta元素熔点远远高于密度小的Al元素的熔点，所以在装料时，三种元素的放置顺序从下到上依次为Al、Fe、Ta，避免产生喷溅。同时，考虑熔化的均匀性，在实际装料时需采用多层次重复放置，采用这种装料形式可以极大限度的防止Al元素的喷溅，但是不可避免，所以我们在准备原料时必须将Al的烧损率（3%）考虑进去。装料完成后开始抽真空，抽至1.0×10-2Pa为止，根据炉料的特点，逐步提高加热功率，以一定的速度熔化炉料，直至完全熔化精炼。最后将熔炼好的金属液浇铸至保温好的模型壳具中，取出模壳放入沙土中，待其自然冷却凝固后，用工具敲碎模壳，拿出母合金铸锭。图2.4为制备的母合金铸锭。借助电火花线切割技术将真空感应熔炼得到的Fe-Al-Ta共晶母合金铸锭进行图2.4Fe-Al-Ta母合金铸锭Fig2.4MasteralloyingotofFe-Al-Ta
【参考文献】：
期刊论文
[1]热喷涂FeAl金属间化合物涂层的综述[J]. 王猛,周勇. 热加工工艺. 2018(06)
[2]定向凝固技术的研究进展与应用[J]. 问亚岗,崔春娟,田露露,杨猛,薛添. 材料导报. 2016(03)
[3]定向凝固技术的研究现状及发展趋势[J]. 李勇,郑碰菊,张建波,刘耀,杨新涛. 材料导报. 2014(23)
[4]Ag-O系定向凝固制备藕状多孔Ag[J]. 梁娟,杨天武,李再久,谢明,金青林. 贵金属. 2014(S1)
[5]电磁约束成形的技术特点及其发展前景[J]. 杜玉俊,沈军,熊义龙,王雷,傅恒志. 材料导报. 2012(07)
[6]MA-PAS和MA-HP烧结制备的Fe3Al金属间化合物的组织和力学性能（英文）[J]. 王建,邢建东,汤慧萍,杨保军,李亚宁. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(11)
[7]Fe-Al金属间化合物研究概况与发展方向[J]. 王建,汤慧萍,邢建东,王建永,李亚宁,杨保军,谈萍,葛渊. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[8]我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能[J]. 郭建亭,周兰章,袁超,侯介山,秦学智. 中国有色金属学报. 2011(02)
[9]自蔓延熔铸法制备铁铝金属间化合物[J]. 高峰,郭志猛,林涛. 铸造技术. 2008(03)
[10]难熔金属单晶的电子束悬浮区熔定向凝固[J]. 王红,张军,崔春娟,刘林,傅恒志. 材料工程. 2008(02)
博士论文
[1]高温度梯度定向凝固NiAl-Cr（Mo）合金组织及力学性能[D]. 商昭.西北工业大学 2015
[2]定向凝固金属间化合物Al2Cu相的生长形态、取向及力学性能研究[D]. 高卡.西北工业大学 2014
[3]纳米Fe3Al金属间化合物吸波性能的研究[D]. 周春华.山东大学 2005
硕士论文
[1]亚快速定向凝固Fe-Al-Ta三元合金的组织形成机理[D]. 问亚岗.西安建筑科技大学 2017
[2]B2-FeAl金属间化合物中氢行为的第一性原理研究[D]. 黄广棋.中国工程物理研究院 2017
[3]二维定向凝固的热传输及主要组织结构的研究[D]. 邓沛然.湘潭大学 2002
本文编号：2966430
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