Fe-23Al合金固溶冷却过程中的匀相转变行为

　　Fe-Al合金是近些年来研制发展起来的一类新型耐蚀材料。与Fe-Ni 基合金相比[1-3]，这类合金在具有低廉的成本、较低的密度、很好的耐磨性、优异的抗氧化性以及在一些富氧腐蚀环境的抗蚀能力的同时，又可以用传统手段进行加工的特点。因此，Fe-Al合金作为一类中温或者高温腐蚀环境中使用的新型结构材料，如加热元件、热交换管、过滤器、汽车部件、催化裂化载体、有色冶炼后处理系统部件等，引起人们广泛的关注[4-10]。然而，Fe-Al合金的工业化拓展受到了限制，主要是由于其在室温时存在一定的脆性[11-13]。因此，对于Fe-Al合金的相变行为和室温脆性改进的研究受到了众多研究者的重视。

　　本文针对Fe-Al合金固溶冷却过程中的匀相转变行为进行深入研究，表征了匀相转变过程中的微观组织和相结构，从而揭示Fe-Al合金的相变机制。

　　1 试验材料与方法

　　由于Fe-Al合金为难混溶系合金，采用纯99. 99%Fe和99% Fe-Al中间合金的方式进行真空熔炼。为了使合金均匀化，对铸锭进行反复多次真空重熔，然后进行1100℃×24h高温均匀化退火。均匀化退火后，合金进行800、850、900、1000、1100℃不同温度0.5h固溶处理。采用CM-12型透射电子显微镜，电压为120kV，双倾台X，Y轴转动范围为±45°至±60°进行分析。试样采用粗细砂纸打磨至约50μm后，利用液氮调至-30℃ ，再用10%的高氯酸乙醇溶液双喷电解减薄。

　　利用理学电机D/max-rB旋转 X 射线衍射仪分析真空熔炼获得的Fe-Al合金固溶状态下的相组成，分析固溶处理对合金相结构的影响。其中试验条件: Cu靶Kα辐射，Ni滤波片，管电压为40kV，管电流为45mA，扫描速度为5°/min。

 　　2 试验结果与讨论

　　图1为Fe-23Al合金均匀化退火和固溶处理后的显微组织。从图1中可以看出，Fe-23Al合金均匀化退火和固溶处理后的晶粒形貌均为粗大的等轴状晶粒，并且可以看到晶粒内部分布着许多的小黑点物质。其形成原因是局域位置耐点蚀性差，而在组织腐蚀过程中腐蚀液在合金表面腐蚀过度形成大量的点蚀坑。均匀化退火和固溶处理后的晶粒都比较粗大，比较图1(a)和图1(b)中晶粒尺寸可以发现，经过固溶处理后晶粒尺寸还是有所减小。

　　图2为Fe-23Al合金不同温度固溶处理0.5h后的XRD衍射谱。从图2中可以发现，经过均匀化退火和固溶处理后，Fe-23Al合金中的相组成为α-Fe相以及具有B2结构的FeAl相，但是并未发现具有DO3结构的Fe3Al相和其他结构的有序相。XRD的结果表明，在固溶冷却过程中，仅发生了单一的α→B2转变，而未发生B2→DO3或者α→DO3转变。X射线衍射结果只能分析相结构的变化，而不能确定固溶过程中精细组织的变化。随着固溶温度的增加，B2结构的FeAl 相和α-Fe相向高角度迁移，并且α-Fe相的含量增加。但是，尽管固溶温度提高，冷却速度加快，即使固溶温度提高到1050℃，但依然无法获得完整的单一α-Fe相，表明在固溶冷却过程中就已经发生了相分离转变，但是以什么机制进行还不清楚。