退火時(shí)間對塊體納米晶Fe3Al材料組織性能的影響

　　在800℃下對鋁熱反應法制備的含10%Ni的納米晶Fe3Al材料進(jìn)行了不同時(shí)間的等溫熱處理,保溫時(shí)間分別為4、8、12、16、20、24和48 h。利用XRD和TEM分析了不同保溫時(shí)間下材料的平均晶粒尺寸,并對硬度進(jìn)行了測試,研究了晶粒尺寸變化趨勢以及硬度變化規律,探討了兩者之間的變化關(guān)系。結果表明:材料的平均晶粒尺寸在不同時(shí)間的退火處理后,呈現出兩次減小,兩次增大,最后趨于平穩的過(guò)程。晶粒尺寸在4 h等溫處理后達到最小值16 nm,在24 h等溫處理后達到最大值35 nm。存在一個(gè)臨界值dc=20 nm,當晶粒尺寸小于dc時(shí),維式硬度和晶粒尺寸之間滿(mǎn)足反Hall-Petch關(guān)系,當晶粒尺寸大于dc時(shí),兩者之間呈現正的Hall-Petch關(guān)系。16 h退火處理后維氏硬度最大為490 HV,24 h退火后維氏硬度最小為410 HV。

　　近年來(lái)，金屬間化合物作為一類(lèi)新型材料受到廣泛的關(guān)注［1］。Fe3Al 是金屬間化合物中的一種，這類(lèi)材料具有密度小，彈性模量高，抗氧化，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應用前途的材料［2-4］，特別是它以Fe 和Al 這兩種元素作為主要原料，與其他高溫合金相比成本上具有很大的優(yōu)勢［5-7］。另外，由于具有良好的耐高溫、抗腐蝕性能，Fe3Al 金屬間化合物還將有可能成為航空、航天、交通運輸、化工、機械等許多工業(yè)部門(mén)的重要結構材料［8-10］，因此具有重大的應用前景。然而，Fe3Al 金屬間化合物在環(huán)境溫度下的延展性很低，這成為限制其得到廣泛應用的主要問(wèn)題。納米晶化可使Fe3Al 材料的本征脆性得到改善［11］。

　　但由于傳統的制備塊體納米晶Fe3Al 的方法成本高，工序復雜，而且制得的塊體Fe3Al 材料的性能不佳，從而嚴重阻礙了塊體納米晶Fe3Al 的工業(yè)化生產(chǎn)及應用。

　　鋁熱反應熔化方法是制備納米晶Fe3Al 材料的一種比較實(shí)用的方法［12-14］，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，能耗低，同時(shí)它還具有放大工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。

　　本文即采用鋁熱法制備了含10% Ni 的納米晶Fe3Al材料，并在800 ℃下對制得的材料進(jìn)行了不同時(shí)間的等溫熱處理，以研究退火時(shí)間對材料組織和性能的影響，探討了晶粒尺寸以及維式硬度之間的變化關(guān)系，為等溫處理調控塊體納米晶Fe3Al 材料的組織和性能提供理論依據。

　　1) 在不同的熱處理條件下，材料在不同晶面上發(fā)生了不同程度的擇優(yōu)生長(cháng);

　　2) 退火后材料的平均晶粒尺寸整體上有增大趨勢，并經(jīng)歷了兩次減小，兩次增大，最后趨于穩定的過(guò)程，晶粒尺寸在4 h 等溫處理后達到最小值16 nm，在24 h 等溫處理后達到最大值35 nm;

　　3) 對于鋁熱法制備的含10% Ni 的塊體納米晶Fe3Al 材料來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)臨界晶粒尺寸dc = 20 nm，當晶粒尺寸小于dc時(shí)，維式硬度和晶粒尺寸之間滿(mǎn)足反Hall-Petch 關(guān)系，當晶粒尺寸大于dc時(shí)，兩者之間呈現正的Hall-Petch 關(guān)系。另外，維式硬度在16 h退火處理后達到最大值490 HV，24 h 退火后達到最小值410 HV。