一种纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金及其制备方法，该铁铬镍铝合金采用采用四次氩弧熔炼方法，然后经热处理制成，前三次熔炼最高电流为300A

【技术实现步骤摘要】
一种纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高温合金领域，具体涉及一种纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]在高温环境下，材料会加速退化，使用过程中易发生组织不稳定、在温度和应力作用下产生变形和裂纹长大、材料表面的氧化腐蚀等情况，而高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。高温合金具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能和断裂韧性。
[0003]早期研制的Fe
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Cr系 、Fe
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Cr
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Ni系、Fe
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Cr
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Ni
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N系高温合金主要依靠Cr元素提高其高温抗氧化性能, 该系列合金突出表现在高温强度方面,耐热温度随Cr元素含量的提高可以达到900～1200℃。其后研制的 Fe
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Cr
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Si系、Fe
‑
Cr
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Ni
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Si系、Fe
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Cr
‑
Mn
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Si系高温合金中 , Si元素被氧化形成SiO
2 氧化膜 ,其热稳定性高 ,不但增加了Cr2O3氧化膜的致密度 ,而且提高了氧化膜与基体的附着力 ,减少了剥落倾向。Fe
‑
Cr
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Al系、Fe
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Cr
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Ni
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Al系高温合金虽然在高温力学性能方面不够理想 ,但具有良好的高温抗氧化性, 高温下Al元素形成的Al2O3氧化膜致密坚固, 不具有挥发性, 与 Cr2O3氧化膜紧密结合大大增加了铁基高温合金的高温抗氧化性。针对于Fe
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Cr
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Ni
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Al系高温合金，在国内的研究较少，且其相对造价低廉，能适应较低高度下的工作要求，故对其的研究具有非常广泛的价值，力求用最小的消耗换取最大的收益。由于高温合金材料本身的成分十分复杂，含有铬、铝等活泼元素，在氧化或热腐蚀环境中表现为化学部稳定，同时机加工制成的零件表面留下加工硬化和残余应力等缺陷，为材料的化学性能和力学性能带来十分不利的影响。由于合金化程度高，高温合金材料极易产生成分偏析，这种偏析对铸造高温合金和变形高温合金的组织与性能都有重大影响。高温合金的这些特点决定了它区别于普通金属材料的加工工艺。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种钴铬镍多元铸造合金及其制备方法。
[0005]一种纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料，该材料添加Al定量质量分数，调整Cr当量和Ni当量质量分数的方法调整合金相组成，形成FeCrNi多元合金的伪二元合金相图；纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金的相组成为δ铁素体相、奥氏体相、σ相和NiAl相，白色的岛状区域为奥氏体相，岛状区域之外的大面积区域为δ铁素体相，分布于两相之上的黑点为σ相，NiAl相沉淀分布于δ铁素体相中。
[0006]优选的，该材料采用以下原料颗粒制成：该铁铬镍铝合金材料采用Fe
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Cr
‑
Ni颗粒和Al颗粒制成，各原料粉末的添加量按质量百分比计为，Fe：70
‑
75%；Cr：12
‑
20%；Ni：5
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10%；Al：2.2%所有合金元素的质量分数总和为100%。优选方案为Fe：71.4%；Cr：17.6%；Ni：8.8%；Al：2.2%所有合金元素的质量分数总和为100%；制备所述纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料的方法，所述方法包括以下步骤：
1）将原始材料颗粒按照比例称取，配置成混合颗粒原料；2）将步骤1）中得到的混合颗粒原料进行清洗，在干燥箱内干燥；3）将步骤2）中的压坯采用氩弧熔炼，获得液态合金；4）步骤3）熔炼完成后将材料冷却至室温得到铁铬镍铝合金材料。
[0007]5）将步骤4）中得到的材料用陶土包裹烘干。
[0008]6）步骤5）完成后对铁铬镍铝合金材料进行固溶热处理。
[0009]7）将步骤6）中得到的材料用陶土包裹烘干。
[0010]8）步骤5）完成后对铁铬镍铝合金材料进行时效热处理，得到纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料。
[0011]优选的：所述步骤2）中清洗所用试剂为丙酮试剂；干燥温度为75
‑
85℃ 。
[0012]优选的：步骤3）中，氩弧熔炼的具体操作步骤为：S1采用氩气驱赶空气，在钨电极和水冷铜模之间引燃电弧，熔炼合金置于水冷铜模内；S2首次熔炼电流值为300~400A，熔炼时间为10~30s；S3翻转合金，再次熔炼，熔炼电流值为300~400A，熔炼时间为10~30s；S4再次翻转合金，进行熔炼，熔炼电流值为300~400A，熔炼时间为10~30s；S5再次翻转合金，再次熔炼，熔炼电流值为200~300A，熔炼时间为10~30s；得到液态合金。
[0013]优选的：步骤5）和7）中，烘干温度为100℃，加热速率小于9℃/min，保温90min后随炉冷却；进一步优选的：步骤6）中，固溶处理温度为1150℃，固溶处理时间为3h，处理3h后取出水冷；进一步优选的：步骤8）中，时效处理温度为500~800℃，时效处理时间为24h，处理24h后取出水冷；本专利技术有效效果：本专利技术通过控制铁铬镍铝合金材料的热处理温度，从而控制合金的沉淀相的数量，进而改善合金的力学性能。采用电弧熔炼法来制备铁铬镍铝合金，多元铸造合金枝晶主干为δ铁素体相，枝晶间为奥氏体相，电弧熔炼后的液态合金在冷却后凝固形成铸造合金，铸造组织细小；且该方法流程工艺短，制备效率高，熔炼过程中所形成的熔池能被金属自身结成的凝壳保护，使熔炼金属液不受坩埚和周围环境的污染。采用固溶热处理手段使材料成分均一化，消除在铸造凝固过程中出现的成分偏析的现象，时效处理让沉淀相在铁素体内部及界面处析出，起到强化铁铬镍铝合金材料的作用。铁铬镍铝合金在高温下使用时，Al元素形成的Al2O3氧化膜致密坚固，不具有挥发性，与Cr2O3氧化膜紧密结合大大增加了铁基高温合金的高温抗氧化性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1的铁铬镍铝合金的金相组织。
[0015]图2为本专利技术实施例1的铁铬镍铝合金的XRD物相图。
[0016]图3 为本专利技术实施例1的铁铬镍铝合金的高分辨图。
[0017]图4为本专利技术实施例2的铁铬镍铝合金的金相组织。
[0018]图5为本专利技术实施例2的铁铬镍铝合金的XRD物相图。
[0019]图6为本专利技术实施例3的铁铬镍铝合金的金相组织。
[0020]图7为本专利技术实施例4的铁铬镍铝合金的金相组织。
[0021]图8为本专利技术实施例4的铁铬镍合金的金相组织。
[0022]图9为实施例5中经过与实施例1相同热处理的铁铬镍合金的金相组织。
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料，其特征在于：该材料添加Al定量质量分数，调整Cr当量和Ni当量质量分数的方法调整合金相组成，形成FeCrNi多元合金的伪二元合金相图；纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金的相组成为δ铁素体相、奥氏体相、σ相和NiAl相，白色的岛状区域为奥氏体相，岛状区域之外的大面积区域为δ铁素体相，NiAl相沉淀分布于δ铁素体相中。2.根据权利要求1所述的纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料，其特征在于：该材料采用以下原料颗粒制成：该铁铬镍铝合金材料采用Fe
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Cr
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Ni颗粒和Al颗粒制成，各原料的添加量按质量百分比计为，Fe：70
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75%；Cr：12
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20%；Ni：5
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10%；Al：2.2%所有合金元素的质量分数总和为100%。3.根据权利要求1所述的纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料，其特征在于：该材料采用以下原料颗粒制成：该铁铬镍铝合金材料采用Fe
‑
Cr
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Ni颗粒和Al颗粒制成，各原料的添加量按质量百分比计为，Fe：71.4%；Cr：17.6%；Ni：8.8%；Al：2.2%所有合金元素的质量分数总和为100%。4.根据权利要求1
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3任意一项所述纳米沉淀相增强的铁铬镍铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将原始材料颗粒按照比例称取，配置成混合颗粒原料；（2）将步骤（1）中得到的混合颗粒原料进行清洗，在干燥箱内...

【专利技术属性】
技术研发人员：周起云，戴雷，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：