Al-Ca-Fe合金熔合实验研究(2)
3.3 Al-Ca-Fe脱氧剂金相分析 18
3.3 Al-Ca-Fe脱氧剂易粉化原因分析 20
4 结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 绪论
本次研究的Al-Ca-Fe合金是一种新型复合脱氧剂。随着冶金技术的不断发展，有些钢种对钢种成分和氧含量要求比较严格，特别是在进行深脱氧处理时，需要采用一些新的脱氧剂如含钡、钙、镁的碱土金属复合脱氧剂对钢水进行深脱氧或改变钢中的夹杂物。因此，有必要对新型脱氧剂的组成，脱氧能力，特别是脱氧产物( 钢中的夹杂物)进行深入研究，使钢中的夹杂物得以有效控制，以满足高质量钢的要求。目前，二元以上的多元Ca系复合合金已被广泛用于许多钢种的脱氧。提高了钢的质量，改善了机械性能。理论和实践证明，多元复合合金的应用对降低钢中存在的形态，提高钢材质量起着不可替代的重要作用。
1.1 铝铁合金
1.1.1 铝铁合金的研究进展
铝合金一直以质轻、延展性好等特点广泛应用于各个工业领域。对于铝合金家族中的铝铁合金，由于其既保持了铝合金质量轻的特点，又具有硬度高、耐热、耐磨、抗腐蚀等优良力学性能， 已经越来越受到关注。从20世纪70年代开始，人们已经把Al-Fe合金作为一个合金系来研究。至今Al-Fe合金尚未作为一种工程结构材料应用于工业生产实践中，是由于普通熔铸Al-Fe合金的Al3Fe相粗大，割裂基体，大大降低其力学性能。但是Al-Fe合金质量轻、耐热性好、原料丰富、价格低，可以部分取代钛合金、常规耐热铝合金和钢等材料，使构件质量和成本大幅度下降，因此在航空、航天、兵器和汽车等领域具有广阔的应用前景。
周振平等[1]研究了不同含Fe量的Al-Fe合金中Al3Fe相形貌和合金硬度的变化规律。研究发现，当Fe含量在2%到35%之间变化时，Al3Fe相的形貌由细小针状向针片状、粗大的长针片状、条状、板条状、块状转变。30%Fe含量是分界线，当Fe含量≥30%时，Al3Fe相形貌总体上呈块状。分析认为，随着Fe含量的增加，初生Al3Fe量的增多，长大空间受到约束，择优方向的生长被抑制，因而大部分Al3Fe相长成块状。当含Fe量在36.5%和41%之间时，Al-Fe合金的组织全部是初生Al3Fe相组成的金属间化合物，合金强度很低。而合金的硬度值随含Fe量的增加而提高。当含Fe量<30%时，硬度值的增加趋势比较平缓；当含Fe量增加到30%时，合金的硬度值陡然增大。从耐磨性的角度来讲，增加含Fe量对提高合金的耐磨性是有利的，但是含Fe量大于30%时，需要消除缩松缩孔缺陷。
马建超等[2]发现不同的Ca加入量对Al-5%Fe合金中富铁相的形核生长方式产生影响。加入Ca后富铁相以花朵状形式存在，并且随着Ca含量的增加花朵变得细小有规则。当含Ca量达到0.5%时，富铁相主要以花朵形式存在于基体上，同时有部分细条状相，但其尺寸较之于不加Ca时明显减小。研究认为，当加入少量C元素时，Ca能使凝固初期形成的微小结晶核心失效，从而抑制Al3Fe相针片状的形核生长方式，而使之以花朵状方式生长。随着Ca加入量的增加，合金液粘度增加，液相中Fe原子扩散较慢，且由于Ca对成分过冷的促进作用，于是液相中初生Al3Fe相结晶核心增多，导致最终Al3Fe相尺寸减小。
由于Al3Fe等金属间化合物相在铝铁合金微观组织中的存在，可以使铝铁合金具有硬度高、耐热、耐磨、抗腐蚀等优良的力学性能，并且铝铁合金依旧保持了铝合金质量轻的特点，这正可以满足各类发动机和航空零部件对材料的性能要求。而且铝、铁两种金属在地壳中蕴藏量极大，分布很广，是工业中普遍使用的原材料，价格较低，因此发展铝铁合金有着诱人的前景。以美国联合信号公司为代表的科研机构就正在重点研究Al-Fe合金系，并计划使该合金作为Ti-6Al-4N的替代材料，以期降低航天器件的生产成本，发挥Al-Fe合金在航天工业中的作用。向青春、王静媛、周振平等人[3]概述了添加Ca、Mg、Mn、RE等微量元素及采用热速处理、电流处理、交变磁场、超声振动等工艺条件对Al-Fe合金微观组的影响规律，叙述了目前Al-Fe合金的应用状况，并对铝铁合金的研究及应用前景进行了展望。