粉末冶金鐵基高溫合金的制備及其微觀組織和高溫性能研究.pdf

1、鐵基高溫合金具有高的高溫抗蠕變強(qiáng)度和抗中子輻射腫脹性能，是一類具有優(yōu)越綜合性能的先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。納米氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)鐵素體合金的性能和制備工藝研究一直是許多科研學(xué)者努力的方向。本文通過直接氧化和霧化加氧兩種方法制備鐵基高溫合金粉末Fe-14Cr-3W-0.5Ti-0.3Y-0.3O(wt，％)，并研究鐵基合金粉末的氧化動(dòng)力學(xué)以及氧在霧化粉末、球磨粉末和后續(xù)致密化合金中的存在形式；通過提高鐵基合金粉末中第二相的百分含量，闡述了影響合

2、金致密度和第二相形成的因素；采用熱加工和熱處理工藝獲得了室、高溫力學(xué)性能優(yōu)良的鐵基合金，分析并討論了合金的微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和第二相對(duì)合金的強(qiáng)化機(jī)理，得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)鐵基合金霧化粉末Fe-14Cr-3W-0.5Ti-0.3Y-0.03O(wt，％)在500℃進(jìn)行氧化時(shí)，其氧化過程符合動(dòng)力學(xué)方程(△W/S)2=kpt+c。氧化16h以內(nèi)，氧化機(jī)制受表面反應(yīng)控制。提高氧化溫度并縮短氧化時(shí)間，可以抑制Fe2O3氧化層的長(zhǎng)

3、大。
　　 (2)氧以固溶形式存在于霧化粉末中；在氧化粉末中，氧達(dá)到擴(kuò)散固溶度后直接在粉末顆粒表面聚集。在高能球磨過程中，粉末顆粒中產(chǎn)生大量晶格畸變，氧在粉末中的固溶度擴(kuò)大，以固溶的方式存在于球磨粉末中。
　　 (3)合金Fe-14Cr-3W-0.5Ti-0.3Y-0.22O(wt，％)在800～1000℃溫度區(qū)間內(nèi)燒結(jié)時(shí)，再結(jié)晶晶粒尺寸為亞微米級(jí)，這些晶粒非常穩(wěn)定，尺寸隨燒結(jié)溫度和時(shí)間的變化不明顯。1200℃退火基體中

4、出現(xiàn)針、條狀晶粒組織，延長(zhǎng)保溫時(shí)間會(huì)出現(xiàn)晶粒的異常長(zhǎng)大現(xiàn)象，產(chǎn)生兩種尺寸分布的晶粒，這是由于晶粒中Y-Ti-O第二相粒子分布不均勻?qū)е碌摹Ｇ蚰シ勰╁懺旌辖餏e-14Cr-3W-0.5Ti-0.3Y-0.22O(wt，％)在溫度為600和700℃時(shí)，獲得了較好的耐摩擦性能，隨著溫度和滑動(dòng)速度的提高，合金的磨損機(jī)制發(fā)生了改變，由粘著磨損轉(zhuǎn)化為氧化磨損和磨粒磨損。
　　 (4)合金Fe-14Cr-3W-5Ti-3Y-2.2O(wt，％

5、)中，析出相Ti2Y2O7對(duì)基體產(chǎn)生強(qiáng)化作用。隨燒結(jié)溫度升高，析出相發(fā)生長(zhǎng)大，強(qiáng)化作用減弱。該鍛造態(tài)合金的高溫壓縮強(qiáng)度不僅與彌散相粒子的大小有關(guān)，粒子的體積百分含量也起到了至關(guān)重要的作用。
　　 (5)鐵基霧化粉末鍛造態(tài)合金經(jīng)1300℃退火，再結(jié)晶完全，晶粒細(xì)小，硬度值高達(dá)HRC54.8，隨退火溫度的提高，由于強(qiáng)化相顆粒長(zhǎng)大，導(dǎo)致硬度值下降；經(jīng)700℃低溫回火處理后，由于材料中Cr的固溶度降低，鐵基合金晶格常數(shù)變小，硬度值下降。

6、
　　 (6)在鐵基合金霧化粉末中引入不同的添加物，結(jié)果表明，添加Al粉加速了鐵素體基體中的元素?cái)U(kuò)散，致使合金的晶粒尺寸增大；添加Fe2O3粉的合金由于O的固溶，氧化物溶解，產(chǎn)生大量殘余孔隙，阻礙晶粒長(zhǎng)大，因而晶粒尺寸較小。合金晶粒的長(zhǎng)大規(guī)律滿足Beck方程，添加Al粉合金的晶粒生長(zhǎng)指數(shù)得到提高；添加Fe2O3粉合金的晶粒生長(zhǎng)指數(shù)下降。
　　 (7)通過旋鍛工藝可提高擠壓態(tài)鐵基合金的致密化程度，隨著熱處理時(shí)間增加，合金晶