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Fe_3Al块体材料的热压烧结制备与性能研究

张金庆  
【摘要】: Fe_3Al金属间化合物的抗氧化、硫化性,抗硝酸腐蚀性以及高温强度、高温蠕变性能都优于大部分金属材料,而导热性与塑性好于非金属材料,是介于合金与陶瓷之间的一种新型廉价材料。Fe_3Al金属间化合物独特的长程有序结构使其位错运动和原子扩散困难,导致其塑性较差,对其作为高温结构材料的应用有一定的局限性,但是在摩擦磨损应用场合下,由于材料受力多为压力,对其塑性的要求不是十分苛刻,关键是材料的硬度、强度以及加工硬化速率,因此Fe_3Al金属间化合物在摩擦学领域有着巨大的应用潜力。 本研究采用机械合金化结合退火处理工艺制备了Fe_3Al粉体,经真空热压烧结制得Fe_3Al烧结块体材料。对材料的微观组织结构、物理力学性能、摩擦磨损性能、耐氧化腐蚀性能等进行了分析讨论,并研究了Al元素的含量以及Ti、Ni、Cr等合金元素对Fe_3Al块体材料各项性能的影响。研究结果表明:(1)制得的Fe_3Al块体材料相对密度大于97%,以有序度较低的B2结构为主,同时弥散分布着少量Al_2O_3颗粒,晶粒尺寸为600~800nm;(2)Fe_3Al块体材料的室温力学性能较铸态有明显提高,其室温抗弯强度为1000~1400MPa,压缩屈服强度和压缩应变分别为1200~1800MPa和10%~15%,洛氏硬度为HRC 55~60,Fe_3Al中的Al含量以及合金元素的加入对于材料的力学性能均有较大的影响;(3)机械合金化结合热压烧结制备的Fe_3Al块体材料具有优异的耐磨性能,合金元素的加入均不同程度的改善了材料的耐磨性能,低载荷下磨损表面发生塑性变形,磨损形式为磨粒磨损为主的微切削和微犁沟,在高载荷下应力集中产生裂纹并迅速扩展,最终导致疲劳断裂,以片层状剥落为特征;(4)热压烧结Fe_3Al试样在1100℃以下抗氧化性能较好,当温度超过1300℃时抗氧化性能急剧下降,少量的Cr元素能促进Fe_3Al体材料中α-Al_2O_3的形成从而提高材料的抗氧化性能,Ti元素的加入能起到细化晶粒的作用而使Fe_3Al材料的抗氧化性能明显提高。


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