亞快速定向凝固Fe-Al-Ta三元合金的組織形成機理.pdf

1、金屬間化合物具有低密度、高熔點、高強度以及優(yōu)異的抗氧化腐蝕等特點，是一類極具潛力的新型中高溫結(jié)構(gòu)材料。金屬間化合物既優(yōu)于高溫合金的耐溫性，又優(yōu)于陶瓷材料的韌性與可熱加工性，受到材料研究者的廣泛關(guān)注。在備受關(guān)注的金屬間化合物種類中，F(xiàn)e-Al系金屬間化合物以其較小的密度、低廉的價格以及優(yōu)越的性能，使其一度成為中高溫結(jié)構(gòu)材料研究的熱點。
　　本文采用亞快速定向凝固技術(shù)，通過向Fe-Al金屬間化合物中添加微量的Ta元素，制備出Fe-Al

2、-Ta共晶自生復(fù)合材料。借助先進的分析設(shè)備和測試儀器，在較大范圍的凝固速率內(nèi)深入分析亞快速定向凝固的工藝參數(shù)對相成分、固液兩相界面形態(tài)以及凝固組織生長特征等的影響。同時也探討了Fe-Al-Ta共晶自生復(fù)合材料凝固組織與力學(xué)性能的關(guān)系，分析了共晶合金的表面顯微硬度、室溫拉伸斷口、三點彎曲斷口以及強化機制。
　　通過EDS和XRD分析，真空感應(yīng)熔煉態(tài)（鑄態(tài)）和定向凝固不同凝固速率下的Fe-Al-Ta共晶自生復(fù)合材料均由基體相Fe(Ta

3、,Al)和增強相Fe2Ta(Al)兩相組成。在不同凝固速率下Fe-Al-Ta共晶自生復(fù)合材料的穩(wěn)態(tài)生長區(qū)橫截面宏觀組織形貌逐漸細化，出現(xiàn)均勻到非均勻的轉(zhuǎn)變。結(jié)合穩(wěn)態(tài)生長區(qū)的微觀縱截面和橫截面得出，合金凝固組織形態(tài)呈現(xiàn)出由棒狀→球狀→亂序短棒狀的演化規(guī)律。且在凝固速率R為90μm/s到600μm/s的范圍內(nèi)，合金的增強相體積分數(shù)出現(xiàn)先減后增的變化，當(dāng)凝固速率為R=150μm/s，合金增強相體積分數(shù)最小為36.11％。合金組織的片層（棒狀）

4、間距逐漸減小，其關(guān)系符合λ=75.99R-0.79，基本滿足J-H理論模型。Fe-Al-Ta共晶自生復(fù)合材料的固液界面受凝固速率影響較小，主要是胞枝狀界面。但隨著凝固速率的增大，胞枝狀組織分枝出現(xiàn)變化，由規(guī)則的一次分枝到多分枝再到不規(guī)則的多分枝演變。
　　在不凝固速率下，合金的表面硬度差距較大，且有逐漸增大的趨勢。在室溫拉伸試驗時，真空感應(yīng)熔煉態(tài)Fe-Al-Ta共晶合金和亞快速定向凝固下Fe-Al-Ta共晶合金均表現(xiàn)為脆性斷裂。定