快速凝固Al-7.83Fe合金退火组织及耐热性研究.pdf

第5 2 卷第1 期 2000 年2 月 有色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ，N o ．1 F e b r u a r y 2000 快速凝固趟一7 ．8 3 F e 合金退火组织 及耐热性研究 陈翌庆，苏勇，黄新民，丁厚福，郑玉春 合肥工业大学材料科学与工程系，合肥2 3 0 0 0 9 摘要采用透射电镜研究了快凝～一7 ．8 3 F e 合金的急冷态和各种退火态的显微结构，并通过显微硬度的测定间接确定 出该合金的软化温度．结果表明快凝A 1 7 ．8 3 F e 合金的软化温度在3 0 0 ℃左右．高于3 0 0 ℃退火，会使晶界处亚稳越。F e 向A l s F e 分解转化。同时晶内析出球状A l s F e 相和针状平衡相～，，F e 4 。退火温度进一步提高，会使析出相长大粗化．显微硬 度值急剧下降。 关键词快速凝固舢一F e 合金；退火组织；耐热性 中图分类号T G l 4 6 ．2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 1 0 0 7 5 0 3 铁在铝中的最大非平衡固溶度约为其平衡固溶 度的2 0 0 倍n ，且在固态铝中扩散系数很小，因 此，快速凝固A 1 - F e 合金是一种具有优良热稳定 性的新型弥散强化高温合金谊∞。对此类合金在高 温热暴露过程中，合金组织及相析出的细致观察可 为进一步研究和开发此类合金提供有益的线索。本 文通过对快凝～一7 ．8 3 F e 合金不同退火温度的组 织结构的T E M 观察，以进一步研究其热稳定性。 1实验方法 实验合金由高纯铝 9 9 ．9 9 ％ 和成分 叭％ 为越一1 6 ．7 F e 中间合金熔配而成，成分分析结果 为舢一7 ．8 3 F e 。在铜制单辊急冷旋铸机上喷制成 厚约6 0 ～8 0 m ，宽约5 ～8 m m 的急冷合金条带 铜辊线速度为1 7 ．7 m ／s 。将所制条带样品分别装入 石英玻璃管中，进行抽真空封口，随后在2 4 0 ℃， 3 0 0 ℃，4 0 0 ℃，5 5 0 ℃分别保温3 0 m i n ，以制取各 退火态样品。用H 一8 0 0 透射电镜检测急冷条带及 退火态样品组织结构，T E M 样品经双喷减薄制 成，电解液为1 0 ％高氯酸溶液。 在显微硬度仪上测定试样的显微硬度，加载重 量为5 0 9 ，作用时间为1 0 s 。 2实验结果及讨论 舢一7 ．8 3 F e 急冷条带的组织主要是o c A 1 胞晶 组织，胞晶间组织为亚稳A l O e 金属间化合物 收稿日期1 9 9 9 0 1 1 8 ；修回日期1 9 9 9 0 3 1 8 作者简介陈翌庆．男，副教授 相，它是一种离异共晶组织。图l 为其组织的明场 像及其晶间相的电子衍射花样。 图2 为急冷合金条带在3 0 0 ℃退火3 0 m i n 后 的T E M 组织，和图1 相比，其组织几乎没有什么 么变化。图3 为越一7 ．8 3 F e 急冷条带4 0 0 ℃退火 3 0 m i n 后的T E M 组织，从图中可以看出，在晶界 处‰F e 相周围。新相开始析出，此相经选区电 子衍射分析为舢s F e 相 图3 b ，此外晶内也有细 小的团状及针状相析出，经选区电子衍射分析表 明，团状相为舢s F e 相，而针状相为平衡相A 1 ，3 F e 4 ， 图3 c ，3 d 分别为团状舢s F e 和针状A 1 ，3 F e 4 电子衍 射花样。随着退火温度的进一步增加，析出相产生 粗化，图4 为5 5 0 ℃0 ．5 h 后合金组织中析出相产 生粗化的组织形态。 图5 为快凝～- 7 ．8 3 F e 合金显微硬度与退火温 度间的关系，从图中可以发现，当退火温度达到 3 0 0 ℃后，显微硬度才出现随退火温度升高而下降的 趋势，可见，合金的软化在3 0 0 ℃以后产生。合 金显微硬度随退火温度变化这一规律和其显微组织 的变化密切相关。快凝砧一7 ．8 3 F e 合金在低于 3 0 0 ℃以下温度退火时，由于其退火组织和急冷组织 间几乎没有什么变化，因此显微硬度值也无变化， 当退火温度升高时，晶界和晶内均有新相析出，基 体过饱和度下降，固溶强化作用开始削弱，合金呈 软化、硬度呈下降趋势。当退火温度进一步提高 时，析出相开始聚集长大，因而合金硬度值显著下 降。 万方数据 7 6有色金属第5 2 卷 图1快凝舢一7 ．8 3 F e 合金组织 a 及晶间A k , F e 相的S A D r 0 , F i g ．1 M i c r o s t m c t u r eo fr a p i d l ys o l i d i f i e dA 1 7 ．8 3 F ea l l o y a a n dS A D Po fi n t c r c e l l u a rA I 。F ep h a s e b 图2 快凝柚一7 ．8 3 F e 合金 3 0 0 ℃X O ．5 h 的退火组织 F i g ．2 A n n e a l e dm i c r o s t m c t u r eo fr a p i ds o l i d - i f i e dA 1 7 ．8 3 F ea h o ya t3 0 0 ℃f o r0 ．5 h 3 a B F3 b 晶界分解新相S A D P 3 c 晶内团状析出相S A D P 3 晶内针状析出相S A D P 图3 快凝灿一7 ．8 3 F e 合金4 0 0 ℃X 0 ．5 1 1 的退火组织 F i g ，3 A n n e a l e dm i c r o s t m c t u r e so fr a p i ds o l i d i f i e d A 卜7 ．8 3 F ea l l o ya t4 0 0 ℃f o r0 ．5 h 图4 快凝A I - 7 ．8 3 F e 合金 5 0 0 ℃XO ．5 l l 的退火组织 F i g ．4 A n n e a l e dm i c r o s t r u c t y u r eo fr a p i ds o l i d i f i e d A l 一7 ．8 3 F ea l l o ya t5 0 0 ℃f o r0 ．5 h 万方数据 第1 期 陈翌庆等快速凝固～一7 ．8 3 F e 合金退火组织及耐热性研究 温度／℃ 图5快凝砧一7 ．8 3 F e 合金显微硬度 与退火温度的关系 F i g ．5M i c r o h a r d n e s sV Sa n n e a u n gt e m p e r a t u r e i nr a p i c U ys o l i d i f i e dA I 一7 ．8 3 F ea l l o y 3结论 1 快凝舢一7 ．8 3 F e 合金的软化温度在 3 0 0 ℃左右。 2 快凝舢一7 ．8 3 F e 合金在高于软化温度下 进行热处理时，其晶界亚稳相舢。F e 将向另一亚 稳相舢s F e 分解转化，同时晶内析出灿s F e 和平衡 相A I ，，F e 4 ，进一步提高退火温度，会使析出相聚 集长大，硬度值下降。 参考 文 献 1 高文宁，张永昌．材料导报，1 9 9 4 ， 3 1 7 2L a v e m i aE J ，A y e r sJD ，S f i v a t s a nTS ．I n t e lM a tR e v ，1 9 9 2 ， 3 7 3 6 3K i mD ．H ，C a n t o rB ．JM a t e rS c i ，1 9 9 4 ， 2 9 2 8 8 4 A S A N N E A I 。E DM I C R o S T R U C T U R E SA N DT H E R M L 气LR E S 璐T A N TB E H A ⅦO R o FR A P Ⅱ L YS o L I D I F Ⅱ明DA I 一7 ．8 3 F eA I J ．O Y C H E NY i q i n g , S Uy o 佩H U A N GX i n m i n , D I N GH o u f u , Z H E N GY u c h u n f H e f e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y , H e f e i2 3 0 0 0 9 A B S T R A C T T h ea s - m e l t - s p u na n da s - a n n e a l e dm i c r o s t m c t u r e so fr a p i d l ys o l i d i f i e dA 1 7 ．8 3 F ea l l o yw e r es t u d i e d b yT E M ．T h es o f t e n e dt e m p e r a t u r eo ft h ea l l o ys t u d i e dw a si n d i r e c t l yd e t e r m i n e db ym e a s u r i n gt h ea l l o y m i c r o h a r d n e s s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es o f t e n e dt e m p e r a t u r eo fr a p i d l ys o l i d i f i e dA 1 7 ．8 3 F ea l l o yi sa b o u t 3 0 0 ℃．W h e nt h ea l l o yw a sh e a t e da b o v e3 0 0 ℃，m e t a s t a b l ep h a s e 舢J eo ng r a i nb o u n d a r yd e c o m - p o s e di n t oa 1 6 F e ，a n dA 1 6 F ea n ds t a b l ep h a s eA 1 1 3 F e 4 i n c r e a s eo fa n n e a l e dt e m p e r a t u r e ，t h ed i s p e r s e dp h a s e s a b r u p t l y ． w e r ep r e c i p i t a t e di nt h ei n t e r i o ro fg r a i n ．W i t hf u r t h e r c o a r s e n e dg r a d u a l l ya n dt h em i c r o h a r d n e s sd e c r e a s e d K E YW O R D S r a p i d l ys o l i d i f i e dA 1 一F ea l l o y ；a n n e a l e dm i c r o s t r u c t u r e ；t h e r m a lr e s i s t a n t 万方数据