铁基高温合金的抗氧化性研究.pdf

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1、铁基高温合金的抗氧化性研究邓江流朱允龙(贵阳职业技术学院，贵州贵阳550028)摘要：铁基高温合金是一种普遍应用于国防、能源、航空以及核工业等领域的高温结构材料，提高其抗氧化性对发展和改进铁基高温合金具有重要的意义。本文通过粉末合金化的方法对铁基高温合金的成分配比进行优化试验，首先对工件样品进行成分分析和抗氧化性检测，然后通过单因素实验分别考察了舢、si、cr和Ni等成分对铁基高温合金基体抗氧化性的影响，在此基础上运用正交实验探究各因素的综合影响程度并最终获得1200。c下抗氧化性最佳的合金粉末成分配比的最佳参数，即A

2、I<4'Z，，Cr在2()％左右，最佳含量si不低于1．5％，Ni>8％，这也为今后改进炉用铁基高温合金的抗氧化性能、降低制造成本和提高工件使用寿命提供了技术路线和实验依据二关键词：高温合金；抗氧化性；单因素实验；正交实验铁基高温合金应在650℃以上能承受一定的应力并且具有抗氧化性和抗腐蚀性能，具有广泛的应用⋯，因此研究和掌握铁基高温合金的氧化规律，对于正确使用铁基高温合金，提高铁基合金抗氧化性具有重要意义。已有的研究对具体该采用哪种提高抗氧化性方法并未做出较详细的解释，对温度达到1200℃以上的铁基高温合金的抗氧化性

3、提高研究报道甚少。1实验1．1实验样品及设备本次实验所用合金粉末样品以成分接近GHll3为基准，对此种试样进行切块，并通过XRF成分分析，结果如下：这是一种铁基高温合金，主要成分涉及到还原铁粉、硅粉、铬粉、镍粉以及铝粉，其中Ni含量较低，使其奥氏体稳定性较差，较高的cr含量使其在1000℃下具有较好的抗氧化性。不含Al则使合金在1000℃以上的高温下，表现出极差的抗氧化性。同时，在保证合金的力学性能下应适当增加Al和Si的含量，再进一步对该样品进行物相分析”1，XRD结果显示该铁基高温合金相比较简单，主要组成相为：Fe

4、0．64Ni0．36，Ni—Cr—Co—Mo和少量奥氏体相Cr—Ni—Fe—C，合金化实验所用保护气体为纯度在99．99％以上的氩气。1-2实验方法及流程(1)对铁基高温合金在1200℃以上高温空气下的表面氧化机理研究，测试出其氧化激活能、氧化速度常数和增重率随时间的变化曲线。(2)采用单因素变量法研究元素A1、Cr和Si对其高温表面氧化行为的影响。(3)研究氧化膜形貌对铁基高温合金抗氧化性的影响，整个试验流程如图1-1。图卜4Or含量比氧化增重的影响图1_5Ni含量比氧化增重的影响由上图可知当铝的含量在3％左右时，合

5、金基体的抗氧化性会达到最大化，因此在本次试验中选取铝的含量在3％左右为最佳，硅含量取值范围在1．5％左右适宜，铬的含量达到20％，选取镍的含量大于8％。为了更进一步确定各因素对实验指标影响的重要程度，本文以下部分将采用正交实验来进一步优化最佳工艺参数。在2016年9月testa,I99结合单因素实验探究的基础上，正交实验以氧化增重速率为评价指标，选用4因素5水平的正交表(L，。(45))进行实验，实验充分考虑各因子之间的交互作用，试验顺序随机安排，取其试验结果的平均值为最终结果。2结果与讨论2．1正交试验结果与分析按照

6、实验方案得各因素对高温抗氧化的影响程度大小顺序是：Al>Si>Cr>Ni，通过对正交试验的分析，合金粉末的配比为A1<4％，Cr20％左右，Si>1．5％，Ni>8％。此时样品已经十分接近于完全抗氧化性。212实验样品性质对比检测2．2．1原炉用工件样品性质的检测高温氧化增重实验过程中，比氧化增重速率对应的是每个周期内氧化性试样的称重结果，将这四个周期内氧化增重速率的数据整合后可得到原炉用工件样品的比氧化增重速率曲线如图2-1所示，其中的曲线表示比氧化增重，折线表示比氧化增重速率”1。对高温氧化后式样进行物相分析如图2

7、-2所示，可以看到相中基本不含cr20，，Cr都形成了CnNiO。和CoCr：0。等复合氧化物，说明在1200。C下，Cr20，已经起不到抗氧化作用。试验样品中出现Fe：0，，说明基体的内氧化已进一步发生。鼍2名兰吕丢霎g焉蕈6图2-1原炉用工件样品比氧化增重速率曲线，1200℃图2-2原炉用工件样品高温氧化后X射线衍射图谱图2—3为实验后试样在扫描电镜下的外貌形态，通过对最后一个图中的1，2部分进行EDS能谱分析，我们可以得到如下表所示的微观区域内的氧化膜成分。氧化膜的主要成分是SiO：，Cr：NiO。和NiFe：O

8、。。氧化膜并不具备完整的Cr20，，无法阻止内氧化的进一步进行，同时，这也进一步验证了前面对此炉用工件样品的抗氧化性的判断。一瞪逸。‘、图2—3原炉用工件样品氧化膜形貌，1200℃，100h2．2．2合金粉末熔炉样块的检测高温抗氧化实验得到的14#试样和铁基高温合金的单位面积氧化增重速率曲线如图2—4所示。其中Fe代表的是上节中给