铁基高温合金Fe13CrWTiY的热挤压成形与微观结构演化

【摘要】： 近年来,多种氧化物弥散强化(ODS)铁基高温合金表现出优良的高温力学性能尤其是高温蠕变性能,并且可以比传统铁基高温合金应用于更高的温度。 本研究采用粉末冶金方法制备铁基高温合金Fe13CrWTiY。讨论了粉末不同温度与不同氧化时间的氧化行为中,氧含量的变化以及含氧相的变化情况。分析了氧在合金粉末中的可能的存在形式。采用扫描电镜和金相显微镜观察预合金粉末的形貌并结合粉末与挤压块体的断面能谱,分析了不同氧化条件下氧及其它合金元素的分布情况。在3:1,6:1和9:1三种不同挤压比情况下对合金粉末进行了热挤压。通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察了材料经挤压后的微观组织。通过透射电镜对挤压后的颗粒界面,晶界与孔隙进行了观察。结合透射电镜中新生的三叉晶界以及挤压组织对于挤压过程中合金的再结晶行为进行了探讨。对致密化的合金块体进行了热处理,研究其在700—1250℃范围内不同温度下真空退火两小时空冷后,合金显微硬度的变化。并结合物相分析及显微组织分析,研究了合金在不同温度退火时组织和相的变化情况。得到的结论如下: (1)在500℃左右氧化时,粉末含氧量与氧化时间大体呈线性关系。氧化物的形态受氧化时间影响明显。当氧化时间超过8小时,合金中的氧主要以Fe_2O_3形式存在,这种氧化物主要以氧化层的形式包覆在粉末颗粒表面。提高氧化温度而缩短氧化时间,可以抑制Fe_2O_3氧化层的形成。氧化可以造成合金基体中Ti、Y原子的偏析,这两种原子倾向于向氧含量高的区域扩散,并很可能与氧原子结合形成细小的氧化物或复合离子。 (2)对氧化处理的粉末进行3:1挤压时,通过颗粒的塑性变形,相邻颗粒间达到完全接触,可以观察到清晰的颗粒边界。Ti、Y氧化物有在颗粒边界偏聚的现象。挤压比对致密化过程具有重要影响。当挤压比达到6:1以上时,颗粒边界消失。原有的边界位置可以观察到链状分布的孔隙。这些孔隙大小一般都为0.5μm。挤压过程伴随有明显的再结晶。 (3)合金在1100℃以下的范围内退火2小时能够有效抵抗再结晶并保持稳定的力学性能与组织形态。在更高温度下退火,会发生一种显微硬度急剧上升的现象,并在1250℃下发生α→γ相变。这种相变在微观结构上表现为合金纤维状组织的等轴化。