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铁基电热合金发展及研究现状状况(2)

时间:2022-05-24 22:41来源:毕业论文
1500 1520 术的进步,我国又不断研发出了多种高温Fe-Cr-Al系合金如0Cr27Al7Mo2等,其最 为显著的特点就是可在高达1300℃左右的温度条件下进行长时间工作。国

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术的进步,我国又不断研发出了多种高温Fe-Cr-Al系合金如0Cr27Al7Mo2等,其最

为显著的特点就是可在高达1300℃左右的温度条件下进行长时间工作。国内的Fe-Cr-Al合金标准产品主要有1Cr13Al14、0Cr13Al16Mo2及0Cr27Al17Mo2等,其化学成分和性能见表1-1[17]。

当前Fe-Cr-Al合金主要是作为制造加热炉的电热元器件,是以其需要具有优良的高温强度、加工性能及抗高温氧化性能。而目前Fe-Cr-Al合金主要有以下三大不足:①高温强度低,容易发生变形;②塑性、韧性等方面性能差,不利于加工;③晶粒在高温下使用会逐渐长大产生高温脆性,且脆化的程度与时间和温度成正比。这三大不足之处极大的限制了Fe-Cr-Al合金的使用范围,为了克服Fe-Cr-Al合金的不足,目前主要有以下几种思路:

(1)改善Fe-Cr-Al合金表面氧化膜的性能,如适当添加一定量的稀土元素,如铱等来提高合金抗氧化性及脆化能力。

(2)加入Ni、Mo等难溶金属,从而提高Fe-Cr-AL合金的高温强度。

(3)选择粉末冶金工艺,在提高高温强度及抗氧化等特性的同时,还能有效地降低Fe-Cr-Al合金加工难度。

(4)运用涂层制备工艺,在Fe-Cr-Al合金表面形成保护膜,从而提高合金的抗热腐蚀性能。

Fe-Cr-Al合金表面可以发生择优氧化形成的Al2O3膜,对于Al2O3膜来说,它的优点是生长速度快并且与基体的黏附性好,这些都体现了它良好的保护性。张志刚等人[18]对合金氧化初始阶段的氧化行为进行了研究,并发现在合金中的氧化膜由外到内的元素分别是Fe、Cr、Al的氧化膜,发生择优氧化。孙仙奇等人[19]则研究在合金中添加了θ-Al2O3的生成,同时使它快速转变为α-Al2O3,不仅降低了Fe-Cr-Al合金的高温氧化速率而且还促进了Al的选择性氧化。

众所周知,稀土元素可以改善氧化膜的黏附性,世界各国都在致力于研究这一作用机理。最早在上个世纪七十年代,国外就已关注到稀土元素对Fe-Cr-Al合金高温性能具有改善作用,Fe-Cr-A合金中如果含有高的Y,那么Fe-Cr-A合金的抗氧化性会得到改善、提高热强性,它的热腐蚀抗力也会增强,同时高温脆性降低[20,21]。早在上个世纪九十年代,我国的李培等人就已研究开发出了具有低温脆性特点的Fe-Cr-Al-Y合金,不仅在其研发的实验过程之中克服了Fe-Cr-Al-Y合金在475℃的脆性,还对Fe-Cr-Al合金所具有的良好的高温抗氧化性能进行了保留[22-24]。DearaleyG等[20,21]研究表明,在硫偏聚的基体表面上,因为硫的存在,从而导致氧化膜无法生成,与合金的表面存在空洞,而这些空洞的存在将使氧化膜更加容易脱落。可是在融入了稀土元素的合金与硫反应后将形成稳定化合物,从而使合金表面的硫偏聚变少,氧化膜的黏附性也因此增强,提高氧化膜对合金的保护作用[25-27]。

在上个世纪九十年代初期,国外已经开始,将粉末冶金的技术工艺应用到电热合金领域了,J。J。Fischer等人将Y2O3作为弥散剂弥散强化Fe-Cr-Al合金(IncoloyMA956E)并对其组织结构和性能进行了研究,研究结果表明MA956E具有很多优点,例如(1)良好的高温强度,(2)低热膨胀系数,(3)高熔点,(4)低的密度等等。在1994年美国首次研制出的APM系列Fe-Cr-Al合金电热元件,在同一年里,日本通过冶金工艺得到的PM系列Fe-Cr-Al合金,这个合金正常工作所能承受的高温上限可以达到1400℃,次年日本又通过烧结薄板的方法轧制而成Fe-Cr-Al合金箔[28]。如今我国在工业上的高温炉所使用的耐热元件主要材料就是1Cr25Ni20合金,一般情况下,它的工作温度最高可保持在1200℃,局部工作温度甚至能达到1300℃。可是这也存在一些弊端,主要是三至四个月的服役时间过短,并且成本颇高。与此不同,由粉末冶金工艺制得的Fe-Cr-Al合金就弥补了以上的缺陷,工作温度能高达1400℃,而且价格得到了减半,仅是1Cr25Ni20合金的一半不到。所以粉末冶金制备的Fe-Cr-Al合金在经济层面以及现实生活层面都具有很重要的意义,给我国工业发 铁基电热合金发展及研究现状状况(2):http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_94262.html

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