Fe-24Al-1Cr合金固溶时效处理的组织和力学性能

　　Fe-Al金属间化合物具有比模量高、比强度高、抗氧化、抗腐蚀性能较强等一系列优点，并且原料来源丰富、价格低廉，可以作为一类中温或高温腐蚀环境中的新型结构材料，如加热元件、热交换管、过滤器、汽车部件、催化裂化载体等，引起人们广泛的关注。但Fe-Al合金室温脆性大是其致命缺点。提高韧性的途径有晶粒细化、低温长时间退火、合金化等[1-3]。Cr是Fe-Al合金合金化的基本元素之一。已有研究表明，Cr可以提高合金的室温塑性[4-5]，Cr的加入对合金B2 DO3转变点没有明显的影响，但会减慢B2向DO3相的转变过程，属于稳定 B2结构相的合金元素[6]。关于Cr提高Fe-Al合金塑性的机理存在两种观点: 一种观点认为适量的Cr使合金表面形成数量足够而且致密的氧化膜，抑制或推迟 Al和环境水的反应，使材料的本征韧性得以充分发挥[5]; 另一种看法是Cr的加入降低了APB能量，增大位错对及位错之间的距离，以及形变位错的可动性，增加了伸长率[4]。已有的研究往往关注合金化对Fe-Al合金组织和性能的改善及机理，但对合金化后热处理对组织和性能的影响研究没有给予足够的重视。铸态Fe-Al-Cr合金一般是在锻造或轧制后进行退火处理。已有的研究表明Fe-Al合金在固溶和时效过程中存在调幅分解和失稳有序化共存的现象[7]。基于调幅分解和失稳有序化属于连续型相变，Fe-Al合金固溶和时效处理后可以得到细小而且分布弥散的组织，可望使合金的塑性和韧性得到一定程度的改善。但关于Cr合金化后铸态Fe-Al合金固溶时效热处理组织和力学性能研究尚不够深入。本文研究了Fe-Al-Cr合金固溶时效热处理的微观组织，并对相关的力学性能进行表征。

　　1 试验材料和方法

　　Fe-24Al-1Cr合金采用高纯Fe、Al和Cr原料，利用水冷铜坩埚电弧熔炼及铜模铸造法制备而成。Fe、Al和 Cr 3种元素的原子比为75:24:1。合金应反复熔炼3次以保证成分的均匀性。铸锭进行1100℃，2h均匀化退火处理，加热速率为1℃/min，炉冷。然后分别在800、900和1050℃下进行固溶处理，保温30min，加热速率为1℃/min，水冷。之后分别在625、565和520℃时效1h，加热速率均为1℃/min，空冷。热处理均在空气气氛中进行。

　　采用Philips公司生产的CM-12型透射电子显微镜进行精细组织观察。同时结合XRD和SEM进行相分析。采用GB/T7314—2005《金属材料室温压缩试验方法》评价Fe-24Al-1Cr合金的力学性能。

　　2 试验结果

　　2.1 铸态和退火态组织

　　图1为铸态和退火态Fe-24Al-1Cr合金的组织照片，可以看出铸态Fe-24Al-1Cr合金晶粒粗大，约为500μm，经高温退火且缓慢冷却后，Fe-24Al-1Cr合金晶粒呈现等轴状，有长大现象。