PDF《组织与硬度的影响》

254 Ti 含量对脱氧剂 45%Al-Fe-3%RE 合金铸态 组织与硬度的影响 范秀风1 ,闫永旺2 ,陈义胜2 ,宋? 巍2 (1.

内蒙古科技大学分析测试中心,内蒙古包头 014010;

2. 内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010) 摘要:采用中频感应真空熔炼炉制备含Ti的脱氧剂45%Al-Fe-3%RE合金,并借助X射线、扫 描电镜、能谱分析和硬度检测仪对合金铸态组织及硬度进行分析.结果表明,随着Ti含量 (0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)的增加,合金中的铸态组织晶粒得到明显的细化,并且组 织更加致密;

当Ti含量为0.3%时,合金的硬度最大,硬度值为HV 95. 关键词:脱氧剂;

45%Al-Fe-3%RE合金;

铸态组织;

硬度 作者简介: 范秀风(1973-), 女, 讲师,研究生,研究方向 为稀土功能材料.

电话: 0472-5288192,E-mail: fxf_tt@163.com 通讯作者: 闫永旺, 男, 副教授. E-mail:yanyongwang88 @163.com 中图分类号:TG172 文献标识码:A 文章编号: 1001-4977 (2019 ) 03-0254-04 基金项目: 内蒙古自治区高等学校科 学研究项目 (NJZY17170) ;

内蒙古自然科学基金项目 (2017MS0533);

内蒙古 科技大学创新基金科研启 动项目(2014QDL050). 收稿日期: 2018-10-29 收到初稿, 2018-12-07 收到修订稿. 复合脱氧剂[1-3] 中的稀土铝铁合金对钢有较好的脱氧效果(吨钢消耗稀土铝铁 合金为5.35 kg,脱氧率达到95.72%),夹杂物容易去除,仅有少量稀土残留在钢液 中,成本较低[4-5] ,得到广泛应用.但铝铁合金[6-8] 中Fe在铝中的固溶度很低,一旦超 过固溶极限便容易在铸造铝合金中形成质脆的针状或片状铁相,这些粗大的针状或 针片状Al3Fe相分布在基体中,严重割裂基体,降低合金的力学性能[9] .为了保持铝 铁合金的强化性能,细化铝铁合金组织,一些学者和专家[10-17] 研究发现,在铝铁合金 中加入一定量的合金元素后,可提高铝铁合金的性能,提高其脱氧能力.作者研究 了不同Ti含量(0~0.5%)对45%Al-Fe-3%RE合金组织及硬度的影响,为实际生产提 供理论依据. 1? 试验材料与方法 试验以工业铝粒和工业纯铁、金属铈等为原料.45%Al-Fe-3%RE-Ti(0, 0.2%,0.3%,0.4%,0.5%) 合金的化学成分控制范围见表1. 稀土铝铁合金炉料按计算的比例称量配好后放入刚玉坩埚中,将刚玉坩埚放入

10 kg真空感应炉中进行真空熔炼.当铝铁合金熔化后,添加不同含量的金属钛制取 试样.根据Ti含量的不同,试样编号为1# ~5# .在试验中,利用QUANTA 400型扫描 电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、硬度仪等检测手段,对含 钛元素的稀土铝铁合金组织及硬度进行检测. 2? 试验结果与讨论 2.1? 合金的相结构 图1为不同Ti含量的稀土铝铁合金的X射线衍射图谱.由图1可知,不添加Ti的45%Al-Fe-3%RE合金由FeAl

3、Fe2Al

5、稀土铝铁相三相组成.随着Ti含量的加入, 出现了钛铝铁相.由于加入Ti元素的量较少,在2# 样品的衍射图谱中钛铝铁相的衍射 峰不明显.当Ti含量大于0.3%时,可以清晰看到钛铝铁相的衍射峰,而且当Ti含量为 0.3%时,钛铝铁相的衍射峰强度最高. 2019年?第3期/第68卷255 2.2? 微观组织形貌 图2为不同Ti含量下45%Al-Fe-3%RE合金的SEM背 散射图像.由图2中试样SEM观察发现,加入Ti元素的 试样中,FeAl3相多为大片状;

而随着Ti含量的增加, Fe2Al5相的片层状间距逐渐减少,且Fe2Al5相的片层状 更加致密,稀土铝铁相的分布更为均匀.随着Ti含量 的增加,组织更加致密,这是因为Ti与少量的C、O有 比较强的结合力,在凝固过程中Ti元素优先与C元素形 成稳定的TiC,其充分起到了形核剂作用,从而细化了 铸态组织,晶粒得到细化.从图2可以推断出,45%Al- Fe-3%RE-Ti(0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)合金在 结晶时,稀土和Ti元素聚集在富铁区附近,阻碍了铁 原子的迁移,改变了原本铝铁合金的组织结构.加入 稀土和Ti元素后,初生FeAl2相将基体FeAl3割裂,在合 金中形成FeAl2与FeAl3的共晶相Fe2Al5相,同时随着稀 土和Ti的加入,初生相FeAl2消失了[18] .董福宇的研究 也表明含Ti量在0.3%时对铝铁合金组织的细化效果最 好[19] .由于一定量稀土的存在,也增加了细化效果. 图1 45%Al-Fe-3%RE-Ti(0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%) 合金的X射线衍射图 Fig.

1 X-ray diffraction patterns of 45%Al-Fe-3%RE-Ti (0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%) alloy 图2 45%Al-Fe-3%RE-Ti(0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)合金的SEM图像 Fig.

2 SEM images of 45%Al-Fe-3%RE-Ti(0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%) alloy 表1 45%Al-Fe-3%RE-Ti(0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)合金的化学成分 Table

1 Chemical composition of 45%Al-Fe-3%RE-Ti(0,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%) alloy wB /% 试样号 1# 2# 3# 4# 5# C