Fe-Al-Ta共晶合金的定向凝固组织特性

摘要

金属间化合物具有高强度、优异的抗氧化、抗腐蚀性能，其韧性介于高温陶瓷材料与Ni基合金之间，耐磨损和抗冲击性能良好。这些优点使其在高温结构材料领域受到广泛关注，有望取代传统的不锈钢、钛合金、镍基合金等。而在众多金属间化合物中Fe-Al系金属间化合物的密度较小，价格低廉成本低，所以成为国内外广大学者研究的热点。但是，金属间化合物普遍存在室温脆性大这一缺点，并且在温度高于600℃时Fe-Al合金的强度和抗蠕变性能较低，这极大限制了该材料在工程中的应用。 本文通过在Fe-Al金属间化合物中添加元素Ta，采用Bridgman定向凝固技术制备出不同凝固速度的Fe-Al-Ta共晶自生复合材料。使用金相电子显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、高分辨透射电镜，显微硬度仪和拉伸试验对材料进行测试分析，研究了该材料的组织形貌、相组成以及凝固参数对组织特性的影响。 由于温度梯度高且热流方向单一，该材料组织在凝固速率为6-80μm/s时呈规则的共晶组织。增强相Laves相Fe2Ta（Al）以片层或纤维的形式均匀整齐的排列在基体相Fe（Al Ta）中。在低的凝固速率R=6μm/s下，增强相以层片状与基体相协同生长，随着凝固速率的增大，增强相的形貌由层片状逐渐转变为棒状纤维，层片或棒状间距逐渐减小，材料组织得到细化，并且该关系符合Jackson-Hunt的λ2R=K理论模型。固液界面也随着凝固速率的增大，具有平面状→胞状→绝对平面状的演化规律。Fe-Al-Ta共晶组织的位向关系为(221)Fe(AlTa)//(1011)Fe2Ta(Al)且[002]Fe(AlTa)//[0220]Fe2Ta(Al)，两相界面为半共格界面。 通过显微硬度测试发现不同凝固速率Fe-Al-Ta共晶合金的显微硬度都低于Fe3Al的显微硬度，并且随着凝固速率的增大显微硬度呈现减小趋势。对四个不同凝固速率的试样进行拉伸测试结果表明,该材料的室温抗拉强度最高可达到343.64Mpa，并且随凝固速率的增大，抗拉强度也随之增加。

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1 绪论

1.1引言

1.2 Fe-Al金属间化合物

1.3 Fe-Al自生复合材料的研究进展

1.4 定向凝固技术的发展与研究现状

1.5 定向凝固共晶自生复合材料

1.6 本文研究的意义

2 研究内容与实验方法

2.1 母合金的成分设计和熔铸

2.2 Bridgman 定向凝固Fe-Al-Ta共晶自生复合材料

2.3 金相实验

2.4 物相及成分分析

2.5 透射实验

2.6 力学性能测试

2.7 本文的研究内容

3 Fe-Al-Ta共晶自生复合材料定向凝固组织演化规律

3.1 Fe-Al-Ta共晶合金的定向凝固组织形貌

3.2 凝固速率对凝固组织特征的影响

3.3 定向凝固Fe-Al-Ta共晶合金的相组成

3.4 定向凝固固液界面演化规律

3.5 Fe-Al-Ta共晶合金定向凝固组织的位向关系

3.6本章小结

4 定向凝固Fe-Al-Ta共晶自生复合材料的力学性能

4.1 Fe-Al-Ta共晶合金的显微硬度

4.2 拉伸试验

4.3 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢