镍对于Fe3Al金属间化合物性能的影响

ｆａｂｒ；ｃａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｐｏｗｄｅｒｓ．Ｔｈｅ ａｌｌｏｙ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅ站ｅｘｈｉｂｉｔｓ ａ ｆｉｎｅ
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图８ ｌＯ∞℃准热尊静压并经６５０℃舶ｈ 时效处理试样的拉伸性ｔ与镰含量的关系
２．３力学性能
２．３．１硬度
图６和图７表示含０％～１５％镍试样的宏 观硬度和微观硬度。硬度的增加随镍含量增加 呈线性关系，微观硬度要高于宏观硬度，这是由 于孔洞所致，经过时效的试样硬度获得提高。
２．３．２拉伸性能 图８表示１０００℃准热等静压并经过６５０℃ ２４ｈ时效处理试样的拉伸性能与镍含量的关 系。由图８可见，抗拉强度受镍含量的影响，随 镍含量的增加而增加，且延性也稍有增加。 ２．３．３断裂分析 采用扫描电镜对拉伸试样作断口分析（图 ９和图１０），观察发现，粗细晶粒样品的断裂模 型不同，细晶粒样品为准解理断口，而粗晶粒样 品为穿晶断裂。添加镍出现了蜂窝状断口，而 且蜂窝花样随镍添加量的增加而增加，镍的添 加改变了断裂模型。同样还发现，添加镍穿晶
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３讨论
３．１准热等静压的作用 大量的研究一致公认“”２…，铁一铝混合粉 末的烧结性能相当差，这是因为铁一铝原子的扩 散系数差异很大，铝原子的扩散速度比铁原子 的要大得多，结果引起了科肯塔尔效应，在烧结 制品中留下了大量空隙。本研究的结果表明， 采用在反应烧结中加压的方法可以获得高密度 的试样。于１０００℃下进行准热等静压，在压力 作用下可增加铁、铝粉末颗粒之间的接触、加速 原子的扩散，可得到富铝的金属间化合物，并且 由于压力的作用抑制了合金的膨胀。研究ｕ” 指出，在化合物的形成反应中会释放出大量的 热，这将会导致烧结体的膨胀和孔隙的形成，所 以在常压下烧结合金是膨胀的。如在烧结中施 加压力可抑制在反应烧结中的膨胀并消除孔 隙。本研究采用１０００℃加压烧结法先制成富 铝相金属问化合物，然后再进行均匀化处理，可 制得较高密度的金属间化合物制品。 ３．２镍对合金组织的影响 准热等静压反应烧结所得到的是成分很不 均匀的富铝相化合物以及残余的铁，必须采用 高温均匀化处理，通过扩散来达到台金成分均 匀化以及Ｆｅ３Ａｌ的转变，而在均匀化处理中仍 会发生偏扩散，从而产生｝Ｌ隙。添加镍可以阻
第９卷增刊
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镍对于Ｆｅ３Ａｌ金属间化合物性能的影响
王兴庆隋永江
吕海波
（上海大学材料系 上海２０００７２） （中南工韭大学粉冶所 长沙４１∞８３）
摘要本文研究了镍对Ｆｅ，Ａｌ金属问化合物力学性能和微观结构的影响。试样采 用混台粉末反应准热等静压工艺制备，准热等静压温度为１０００℃。在反应烧结中施 加压力有助于混合粉末反应烧结致密化，结果可获得致密度高、晶粒细的Ｆｅ３Ａｌ金属 间化合物。添加第三元素镍有利于反应烧结致密化、提高合金的力学性能，室温下的 力学性能测试表明硬度和抗拉强度随镰含量增加而增加。并且添加镍还能改善延 性，Ｆｅ３Ａｌ金属间化合物拉伸试样的断口模型为穿晶解离和准解离混合断口。添加 镍后准解离断口量增加。
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止铁、铝和富铝相之间的扩散度差，降低孔洞的 形成蹙。本研究结果表明，镍的添加降低了孔 隙度，并且随镍添加量的增加孔隙度下降，而且 镍的添加还能细化晶粒，并且随镍含量的增加 细晶粒数量增加。
３．３镍对力学性能的影响 由微观结构发现，添加镍后孔隙度下降，晶 粒细化，产生细晶粒层状结构，这可以大大提高 硬度和强度并改善延性。孔洞数量和尺寸的减 少对于提高粉末冶金金属间化台物的性能非常 重要。晶粒的细化对于提高合金强度并改善延 性是一种有效的方法。Ｂａｋｅｒ和Ｍｏｒｒｉｓ口ｏｔ２１１研 究发现，金属问化合物强度与性能的关系也符 合ＨａｌＬＰｅｔｃｈ关系：
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Ｆｅ３Ａｌ金属间化合物与其他化合物一样． 室温脆性是阻碍其使用的主要障碍。对于 Ｆｅ，Ａｌ金属间化合物它还存在着另一个问题， 即当温度高于４００℃时强度会急剧下降。如不 加以改善就不适合于作为高温承受负荷的结构 材料。性能急剧下降的原因是相转变造成的。 由二元相图可见““，随着温度的增加。在 ５２０℃以上发生由有序相Ｄ嘎向有序度低的Ｂ２ 相的转变。当温度增加到７６０℃时，发生Ｂ２向 无序相ａ的转变。Ｂ２和ａ相的转变使材料发 生了软化。针对这一问题人们对如何提高高温 强度进行了研究。研究发现，稳定有序相结构 即提高相转变温度可以保持高温强度。研究结 果表明，添加合金元素铬、硼、钛、锆、镍、钼、硅 等可以提高Ｆｅ，Ａｌ结构的转变温度，从而提高 其高温强度ｏ”１“。
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这里咖是晶格抗力，Ｋ是Ｈａｌｌ—Ｐｅｔｃｈ梯度。图 ｌｌ表明晶粒尺寸与强度之间的关系，它表明实 验结果完全符合这种关系式，晶粒细化层状结 构增加了合金的延性。断口分析发现，晶粒粗 细断口形态各不同，粗晶粒断口为穿晶断裂，而 细晶断口出现一定量的蜂窝状形态，说明细晶 粒中发生了延性变形。除了上述优点外，镍还 具有固溶强化的作用。研究ｏ“指出，镍优先占 据铁的晶格，这就大大提高了合金的硬度。
增刊
手兴庆等：镍对于飚Ａｌ金属间化岔物性髂的膨晌
粒尺寸和数量随镍的增加而增加。图５表示晶 粒度的变化与镍含蛙的关系。
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王妊庆：颈士．副数授．曾留学英国，从事粉末冶金科研和教学工作。 隋永江：原材料系数授。 收稿日期：１９９９一０１一０６
为了提高Ｆｅ３Ａ１金属问化合物的延性和高
温强度，本文采用准热等静压工艺研究镍对铁、 铝混合物加压反应烧结和Ｆｅ，Ａｌ金属问化合物 力学性能的影响。
２实验与结果
将铁，镍，铝金属粉末进行混合，经压制成 初成形坯后装模进行准热等静压，然后进行高 温稳定化处理，制得Ｆｅ３Ａ１合金。
Ｆｂ Ａｌ化合物成分为Ｆｅ—１３．８％Ａｌ，添加 ０％～１５％Ｎｉ。采用小于４０ｐｍ（一３６０目）和４０ ～８９ｐｍ（一１５０～３６０目）粉末粒度，以研究粉 末粒度对加压反应烧结的影响，铁粉来自 Ｈ０９ａｒｍ公司，铝粉来自Ｍｅｔａｌｌｏｙｓ公司．压制 坯尺寸为忆０ｍｍ高２０ｍｍ圆柱体，压制压力为 ５５０ＭＰａ，压坯密度大约为８５％理论密度，准热 等静压在１０００℃下进行，时间２０ｍｉｎ，等静压后 的试样以水淬和炉冷两种方式冷却，部分水淬 试样在６５０℃下时效２４ｈ。
制取的试样进行线切割，制成帕ｍｍ× １５ｍｍ的拉伸试样，然后作如下测试和分析：密 度、抗拉强度、显微硬度和硬度测试，ｘ一衍射 分析和微观结构、断裂表面观察和分析。
２．１准热等静压态的微观结构 图１是１０００℃下准热等静压试样的ｘ一 衍射图谱。ｘ衍射分析表明，在１０００℃已经 发生了金属间化合物的化合反应，生成了新相 金属间化合物Ｆｅ２舢５。由金相照片可见，金属 间化合物在铁颗粒基础上形成，中心还残留有 未化合的铁（见图２）。在原始铝的位置形成了 一定量的孔隙。 ２．２热处理后的微观结构 准热等静压试样的微观组织并不是Ｆｑ舢 并且还存在少量铁，所以需要进行时效热处理。 图３是经过６５０℃２４ｈ时效热处理后的ｘ一衍 射图谱，结果表明，合金组织已完全转变成 Ｆｅ３Ａｌ。图４是热处理后的金相照片。由图４ 可见，高密度金属问化合物已经获得，试样中只 发现有少量的孔隙存在。孔洞的数量和大小随 镍含量的增加而下降。图４还表明，徽观结构 由两种晶粒组成：细晶和粗晶，类似项圈，细晶
糟末冶金工业
第９卷
１引言
Ｆｅ３ Ａｌ金属间化合物弹性模量高、抗氧化、 抗腐蚀性能好而且其原料价格低，所以作为高 温材料使用具有很大的优势。不过这种材料的 室温脆性大、加工性能差使它的使用受到极大 的限制。为了改善Ｆ钓Ａｌ的延性，长期以来尤 其近十几年来对Ｆｅ，Ａｌ作了大最研究，并取得 了很大的进展。Ｆｅ３Ａｌ通常被认为是没有延性 的脆性材料。有关脆性机理有多种看法，一种 看法认为缺乏延性是由于虚弱的无序晶界造成 的“’“．另一种看法认为单晶体也会发生脆性 穿晶解离断裂，所以脆性不是来自晶界ｏｏ】。 Ｆｅ３ Ａｌ为体心立方结构。类似于ｂｃｃ结构，这些 结构有高度的晶体对称性和精移性，所以在室 温下其本质是延性的一ｏ“。最近的研究表明， 通过控制成分和结构可以得到１０％～１５％的 延性”’…。０ＲＮＬ研究表明，通过添加合金元 素可以将断裂模型从穿晶断裂变成沿晶断裂， 使延性得到提高“Ｊ。经过性能改善后的Ｆｅ，Ａｌ 金属间化合物可以成功地制成管、板和其他各 种形状的零件””。
时效处理对金属间化合物的强化有一定的 影响，这是因为发生了ａ相的沉积。ｘ衍射分 析表明，在水淬和时效处理后，组织已转变成 Ⅸ）３Ｆｅ３Ａｌ相。但由于ｎ相和Ｄ（）３非常接近，所 以没有发现ａ相。文献（２３】指出，接近２４％ＡＪ 的化合物在４００℃以上可进行时效硬化，由有 序相ＤＩＤ３沉积出ａ相。本研究结果表明，试样 具有较高的合金性能，这除了准热等静压提高 了合金的密度以外，时效处理对提高合金的性 能也有很大的作用。
解理的台阶数量和深度增加．由于解理面台阶 的数量和深度增加将会吸收更多的断裂能量， 结果材料的延性得到改善。图９还表明了不同 取向的断裂台阶。
图９ ｌ∞ｏ℃准热等静压并经６５０℃２４ｈ时效 处理不含镍试样的断口形貌
增刊
千兴庚等：镶对于Ｆ勺Ａｌ金属同化台物性能的影响
图ｌｏ ｌ帅ｏ℃准热等静压并经６５０℃２４ｈ时效 处理含ｌｓ％镍试样的断口形貌
关键词Ｆｅ３Ａ１险Ｊ属—间—化’ 合物——反— 应烧—结—— 准热～等。 静— 压镍—箍— 氏’ 弘蚓‘哇’ 翦前—。一ｉＦ吣矜卞；ｊ；
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