铝及铝系合金具有质量轻，导电性好，延展性好等特点被经常应用于生活以及各个工业领域。铝铁合金既有良好强度硬度，同时又能很好的耐热耐腐蚀，是一种优良的材料，但通常情况下，由于铸造出来的铁铝合金中具有针片状的中间相会降低其力学性能，本次课题,从组织形貌以及力学性能等方面，系统研究了铸造冷却方式及热处理中的均匀化，固溶淬火，时效处理，对铁铝合金的组织稳定性的影响。主要结论如下铸态组织形貌为树枝状，其中第二相呈现为针状，且分布极为不均匀,证明在冷却过程中，由于过冷度较大而形成这种针状组织。经过均匀化处理后（495℃保温16h）金相图片更加均匀，不再有大片的空白区域，而且有部分针状第二相被溶解，形成新的呈现为短棒状的第二相。经过固溶处理后(540℃保温5h水冷)短棒状的第二相基本完全破碎，成为颗粒状的新相。经过人工时效处理后（215℃保温12h空冷），原本破碎的第二相，变得更加圆润，变成椭圆状甚至有些呈球状。对固溶后的组织进行了SEM观察和硬度测量，铝元素为基本上均匀分布，硅元素有突变，证明硅元素有富集区域，而铁元素分布于硅元素基本类似。
Key words：AlFe alloy ; homogenizing；solution treatment ；aging 目录
1. 绪论 1
1.1 FeAl合金简介 3
1.2 AlFe合金的凝固介绍 5
1.3 Fe元素含量对AlFe合金组织和性能的影响 6
1.4 稀土元素对AlFe合金组织和性能的影响 7
2实验部分 8
2.1实验仪器及设备 8
2.1.1井式电阻炉 8
2.1.2马弗炉 8
2.1.3维氏硬度计 9
2.1.4金相显微镜 9
2.1.5扫描电子显微镜 10
2.2 铸造样品的制备 11
2.2.1确定试样成分 11
2.2.2熔炼铸造试样 11
2.3 热处理工艺 12
2.3.1均匀化热处理 12
2.3.2固溶处理并淬火 12
2.3.3人工时效处理 12
2.4 试样处理及性能表征 13
2.4.1 金相 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072^ 
试样处理 13
2.4.2 SEM试样处理 14
2.4.3 显微硬度表征 14
3数据处理与分析 15
3.1 Al1%Fe合金铸态微观组织 15
3.2 Al1%Fe合金均匀化退火组织 17
3.3 Al1%Fe合金固溶和淬火处理 19
3.4 Al1%Fe合金人工时效处理 23
3.5显微硬度分析 26
3.6 XRD图像及成分分析 27
4.结论 30
参考文献 31
致谢 30
绪论
铝铁合金既有良好强度硬度，同时又能很好的耐热耐腐蚀，是一种优良的材料，但通常情况下，由于铸造出来的铁铝合金中具有针片状的中间相会降低其力学性能，本次课题的目的就是为了，通过热处理中的均匀化，固溶淬火，时效处理后，对铁铝合金的组织稳定性进行研究。
1.1 FeAl合金简介
铝及铝系合金具有质量轻，导电性好，延展性好等特点被经常应用于生活以及各个工业领域，如航空，航海，汽车工业，石油化工，军事领域，以及其他高端科技行业。在众多种铝系合金中，又有特殊的一种铝铁合金。这种成分的合金，不仅具有其他铝合金质量轻的特点，同时还高硬度，耐热，耐磨，耐腐蚀。不仅如此铝和铁也是日常所用的主要金属元素，制备成本较低，且资源丰富，可回收率高，是一种同时兼具材料特殊性与环境协调性的一种材料。将来有希望可以部分取代钛合金，耐热铝合金和钢等材料，可以极大的降低构件的质量。
从上世纪起就开始了对铝铁合金的研究探索，使用通常的熔铸方法，得到的铝铁合金中会形成针片状的铁铝中间相，这会使铁铝合金的组织性能降低。
（1）共晶铝铁合金
图1是二元铝铁合金的平衡相图富Al侧[2]。当温度在928K时，含铁量在1.7%2.2%之间（质量分数）的AlFe合金在缓慢冷却的条件下将发生共晶凝固[3],形成由αAl和Al3Fe一起组成的共晶组织。Adam等[4]认为，在G/R较小的情况下αAl和Al3Fe的生长方式较为特色，αAl和Al3Fe处于相互交替生长的状态。在这种情况的生长的进程中，需要铁元素原子从原来αAl的相界面前沿扩散到新的Al3Fe相界面，为了保证这两相能够这样生长生长的浓度条件。铁元素原子他扩散的的主要驱动力是αAl和Al3Fe之间的溶质浓度差，根据扩散第一定律，溶质原子会从高化学势向较低化学势移动，同过查阅已有的文献数据可以得知，经过实际的数据测量可以发现：实际获得的浓度差要比铁元素原子达到极限扩散速度所需的浓度差还要要大，说明αAl相呈连续界面方式生长。而当在G/R值较大的情况下，却会发现αAl和片状Al3Fe的生长方向相平行。跟据已知的情况可以得出αAl和Al3Fe共晶间距λ与生长速度R符合关系式：
λ2.6R=3180(υm3.6/s)
马冰等[5]研究了铝铁合金的共晶凝固过程，采用热分析方法发现冷却的速度V与共晶铝铁合金层片间距具有如下关系：
λ=27.9427.6v
在激冷条件下，AlFe合金凝固将形成AlAl6Fe共晶的层片间距λ与生长速率R满足关系式：
λ2R=10.2μm3/s
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图11 二元AlFe合金平衡相图的铝端
（2）过共晶铝铁合金
在过共晶的铝铁合金在凝固的时候会将会先析出初生的三铝化铁相。初生的铝三铁相在凝固界面的前沿，他的枝晶尖端是柱状或者为长条状，他的周围会有若干的层片状枝晶呈现放射状生长，在户部不同的枝晶周围，会相互接触并连接起来，连接后会形成片状的铝三铁相。然而在生长速率很大的情况下，在枝晶侧面的薄片会由于没有足够的时间来充分地生长，各个枝晶与枝晶他们中间不能够连接起来，这样就会会使得铝三铁相呈针状生长想对于前面所提及的片状生长。而对于含铁量处于9.5%28%之间的铝铁合金，在10℃/mm的冷却速度下，生长速率在105000μm/s内，生长速率R及温度梯度G与铝三铁相层片间情况下，距λ有如下关系[7]：
λG1/2R1/4=43+8(μm3/4K1/2s1/4)
在初生铝三铁相形成后，随着剩余液相中Fe的含量降低，因此在较高的生长速度下，将会有αAl与共晶的生长，由于浓度的降低，使得化学势的降低，这将会抑制了共晶和初生铝三铁相的生长，形成成分过冷现象。随着生长速率的降低，铝三铁相层片间距增大，又会再次会使周围溶质的浓度降低，这就会促使αAl在铝三铁相的周围形核生长，直至剩余液相中铁含量达到共晶成分，最终αAl的生长被共晶生长所代替[8]。

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