[发明专利]一种制备氧化物弥散强化铁基合金的方法

说明书

一种制备氧化物弥散强化铁基合金的方法，属于金属弥散强化技术领域。以铁块、Fe‑Mn合金以及Ni‑Al合金作为原料，通过真空熔炼+电渣熔炼双联的工艺获得纯净的中间合金铸锭，中间合金铸锭在具有保护气氛的破碎机中进行破碎得到中间合金粉末，中间合金粉末与基体粉末和氧化物粉末进行高能球磨后得到氧化物弥散强化铁基合金粉末。氧化物弥散强化铁基合金粉末经过热等静压和热处理后就得到最终的氧化物弥散强化铁基合金。本发明有效降低了铸锭中氧和非金属夹杂的含量，合金化的中间合金防止了Mn元素的氧化，并且能够缩短球磨时间，降低能耗。制备的氧化物弥散强化铁基合金由L2₁型Ni₂AlMn金属间化合物和氧化物弥散相共同强化。

技术领域

本发明属于金属弥散强化技术领域，特别提供了一种采用母合金法制备中间合金粉末，进而将中间合金粉末、基体粉末和氧化物粉末进行机械合金化以获得氧化物弥散强化铁基合金粉末的方法。

背景技术

由金属间化合物和纳米氧化物共同强化的铁素体合金具有类似镍基合金的γ/γ’的两相组织，有望能提高传统铁素体耐热合金的使用温度极限和高温力学性能，在高温结构材料领域有重要的应用前景。纳米氧化物颗粒具有优异的热稳定性和化学稳定性，在接近合金熔点的温度下，纳米氧化物仍然能对位错的运动起到阻碍作用，是氧化物弥散强化合金中最重要的强化相。(Ni,Fe)Al金属间化合物相(β′相)是铁基合金中的一种有效的强化相，它是一种长程有序B₂结构(CsCl型)的金属间化合物，熔点高达1638℃，具有较高的强度和硬度。同时，β′相与铁素体基体(β)的晶格常数非常接近，晶格错配小，这使β′相与β基体之间容易形成共格取向关系，这为β′相的均匀形核和弥散状析出创造了条件。在合金中添加Mn元素能够改变金属间化合物的相结构，使金属间化合物由NiAl型转变为L2₁型Ni₂AlMn金属间化合物，Mn元素能优先占据Al晶格，降低了形核的应变能，使金属间化合物的数量密度增大一个数量级，并且强化相对铁基合金延性的影响不大。Ni₂AlMn金属间化合物的强化效果优于单相NiAl相。设法降低过量氧含量，缩短球磨时间、降低能耗是控制析出相结构和提高材料综合力学性能的关键。

在采用常规的机械合金化工艺制备L2₁型Ni₂AlMn金属间化合物和氧化物共同强化的氧化物弥散强化铁基合金时，Ti和Mn元素容易在机械合金化过程中氧化，不仅使参与形成Ni₂AlMn金属间化合物的Mn元素减少，不能达到有效控制金属间化合物成分的目的。长时间的球磨容易引入的夹杂及原料中的非金属夹杂(Al-Mg-O)会降低材料的高温力学性能。同时，Ti和Mn元素的氧化使杂质氧含量增加，导致氧化物弥散相的粗化。上述两个因素都直接关系到金属间化合物和氧化物的结构和热稳定性，限制了强化效果的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备氧化物弥散强化铁基合金的方法。该方法制备的氧化物弥散强化铁基合金由L2₁型Ni₂AlMn金属间化合物和氧化物弥散相共同强化，利用两种析出相的强化效果的叠加提高材料的高温力学性能。

本发明利用采用真空熔炼+电渣熔炼双联的工艺获得中间合金铸锭。在电渣熔炼的过程中，自耗电极受电阻缓慢熔化，通过调节渣池的形状、深度、粘度等参数来创造夹杂物上浮的条件，溶化后的资耗电击棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到低硫、组织致密、均匀、纯净的中间合金铸锭。中间合金铸锭在具有保护气氛的破碎机中进行破碎得到中间合金粉末，中间合金粉末与基体粉末和氧化物粉末进行高能球磨后得到氧化物弥散强化铁基合金粉末。氧化物弥散强化铁基合金粉末装入钢包套、脱气、封焊处理后，进行热包套锻造固结成型，并进行热处理，得到最终的氧化物弥散强化铁基合金。氧化物弥散强化铁基合金的制备工艺流程如图1所示，具体工艺步骤有：