鋁元素對HP40耐熱鑄造合金組織和性能影響研究.pdf

1、本文以HP40為基礎，分別加入5、10、15、20wt．％的Al含量、相應減少5、10、15、20wt．％的Ni含量，將各粉體材料在真空電弧爐中熔煉并在水冷坩堝中凝固后制備成試樣，進行微觀組織、力學性能和抗氧化性能的研究。結果表明，當Al加入量為5wt．％時，合金中沉淀析出了少量片條狀Ni3Al金屬間化合物，其余組織與HP40相近：當Al加入量增加到10％時，凝固析出的FeNiAl相顯著增加，基體轉變?yōu)橐澡F素體組織為主；當Al加入量在1

2、5wt．％以上時，合金中形成大量樹枝狀的FeNiAl金屬間化合物，基體完全轉變成為鐵素體。碳化物的形態(tài)隨著Al的加入由以前的網(wǎng)狀變成了片條狀，并隨Al元素的增加而變得更加細小，在基體中的分布更趨離散。 隨著Al加入量的增加，合金的強度和硬度得到了顯著提高。但隨著Al含量的提高，由于析出金屬間化合物數(shù)量的增多以及形態(tài)的進一步粗化，脆性也隨之增加。1200℃的高溫抗氧化性能研究發(fā)現(xiàn)，Al加入后在合金表面形成了以氧化鋁為主的氧化膜，從

3、而顯著增加了合金的高溫抗氧化性能。在Al含量為5wt．％和10wt．％時，合金的高溫抗氧化性能最好。 將工業(yè)爐料在中頻無芯感應爐中冶煉、澆入樹脂砂型中制備出HP40和以此合金為基礎加Al2．5、5、7．5、10和15wt．％、降Ni2．5、5、7．5、10和15wt．％的合金試樣，并進行微觀組織、室溫及高溫下的機械性能和抗氧化性的研究。從組織上比較，中頻爐組織與真空電弧爐組織總的變化規(guī)律基本一致，但在相同成分對應的組織上，由于冷

4、卻條件不同，使得組織的組成各相有著顯著的差異。加Al量為2．5％時，Al主要固溶于基體中，未析出沉淀強化相。加Al量為5wt．％時，沉淀析出的Ni3Al金屬間沉淀相數(shù)量相對顯著增多，而且呈顆粒狀彌散分布。加Al量增加到7．5wt．％以上時，基體開始向鐵素體轉變，F(xiàn)eNiAl金屬間化合物相大量凝固析出，形狀從顆粒狀轉變成樹枝狀、大塊狀。加Al量增加到15wt．％時，合金組織最終變成了FeCrNiAl固溶體和碳化物的共晶組織。 加A

5、l2．5wt．％的改性合金在室溫、高溫下的屈服、抗拉強度沒有提高。加Al5wt．％的改性合金在室溫、高溫下的屈服、抗拉強度得到了顯著提高，也具有較好的塑韌性。而含Al7．5、10wt．％的改性合金在室溫、高溫下的屈服、抗拉強度反而降低了。合金的延伸率也隨著Al元素的增加而顯著降低。改性合金的氧化動力學曲線符合拋物線規(guī)律，斜率隨Al含量的增加而降低，抗氧化性在逐步提高。但從形貌上來看，加鋁2．5wt．％的合金氧化后表面較HP40合金有所改

6、善，但有明顯的燒損，氧化膜不致密。加鋁5wt．％的合金氧化后表面生成了較致密的氧化膜，局部地方有坑蝕；而在加Al7．5wt．％和10wt．％的合金表面上，由于Al氧化膜太厚，表面發(fā)生了隆起，增加了從基體表面剝落的可能性。 對改性合金熱處理的初步研究表明，經(jīng)過固溶+兩次時效處理，使加Al5wt．％改性合金的Ni3Al金屬間化合物析出相增多，形態(tài)由鑄態(tài)下的彌散顆粒狀變成了鏈條狀。對加Al7．5和10wt．％的改性合金，金屬間化合物沉