摘 要铝铁合金作为一种新型耐热铝合金自从被提出，就受到了普遍的关注，并得到了疾速发展，现已经被广泛应用于航空、航天、机械设备和汽车工业等领域中。为了探索铁元素含量和凝固方式对新型耐热铝铁合金的微观组织和力学性能的影响。本文制备了三种不同成分的合金Al-0.5Fe-12Si、Al-1.0Fe-12Si和Al-1.5Fe-12Si，分别研究了常温条件下金属铸型冷却、常温条件下石墨铸型冷却和在200℃下保温的金属铸型冷却三种冷却方式对耐热铝铁合金微观组织和硬度的影响规律，主要结论如下研究表明，在其他条件相同时，随着铁含量从0.5%增加到1.0%，由于晶粒长大，组织变得粗大，第二相含量降低，所以强度也降低；铁含量由1%增加到1.5%时，相中出现了割裂基体的针状新相，第二相含量增加，所以强度增加。而在合金成分即铁元素和硅元素含量相同时，常温条件下石墨铸型冷却的合金试样测得的硬度普遍比常温条件下金属铸型冷却的合金试样要高。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 耐热铝铁合金研究现状 2
1.3 铝铁合金微观组织和性能的调控 3
1.3.1 铝铁合金中合金化元素的影响 3
1.3.2 铝铁合金凝固特点 4
1.4 本论文研究的主要内容和意义 5
2 实验部分 6
2.1 实验材料 6
2.1.1 合金成分 6
2.1.2 坩埚涂料 6
2.2 合金熔炼和试样制备 6
2.3 合金显微组织分析 8
2.3.1 试样选取 8
2.3.2 金相试样的制备和观察 8
2.3.3 扫描电子显微镜（SEM） 9
2.3.4 X射线衍射仪（XRD） 10
2.3.5 维氏硬度 10
3 实验结果与讨论 12
3.1 合金元素对耐热铝铁合铸态组织和性能的影响 12
3.1.1 XRD图谱 12
3.1.2 铸态组织分析 12
3.1.3合金元素对耐热铝铁合金显微硬度的影响 18
3.2 凝固条件对耐热铝铁合金铸态组织和性能的影响 2 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072$ 
0
3.2.1 铸态组织分析 20
3.2.2 凝固条件对耐热铝铁合金显微硬度的影响 24
4 结论 26
参考文献 27
致谢 28
1 绪论
课题研究背景
铝合金是现有产业中应用最多的有色金属结构材料，重量轻、延展性好，已经被广泛应用于航空、航天、机械设备和汽车工业等领域中。随着工业经济的不断进步，对铝合金焊接结构件的要求逐渐接近极限，对于耐热铝合金的高性能要求也越来越迫切。为了能将钛合金在200~350业的温度范围内取代为价格更为便宜的铝合金，快速凝固耐热铝合金在过去的几十年内受到了广泛的关注。
铝铁合金是应用工业中一种极为优秀的高温结构材料。含有6%~9%质量分数的铝的铝铁合金通常被称为轻质钢。这些新开发的轻质钢具有良好的物理和机械性能，如高弹性刚度和强度，优异的延展性和成形性，以及减少特殊重量。鉴于上述非常优异的的性能组合，轻质钢有望构建先进的轻质地面运输系统，例如汽车和重载卡车。
铝和铁元素形成的 Al3Fe 等金属间化合物具有优异的耐热性、耐磨性及耐腐蚀性[1]。但由于铁在铝中的溶解度非常低，一旦铁的含量超过了固溶度极限，它将与铝和其他金属化合形成脆性针状或片状的铁相，分解割开基体，严重降低了铝合金的机械性能[2]。快速凝固或机器合金化技术都可以生产高强度的耐热铝铁合金,但由于成本高,工艺性强,工序庞大，所以利用传统工艺生产高强度的耐热铝铁合金，研究新型耐热铝合金的制备方法及其控制具有十分重要的现实意义。
下表11为常见铝铁合金的牌号和性能。
表 11常见铝铁合金的性能和用途
牌号
品种
厚度(mm)
μm
(mH/m)(0.4A/m时)
μm
(mH/m)
Hc(A/m)
B50(T)
密度
(g/cm)
电阻率
(阻率μΩm)
1J16
温轧
带材
0.20
5.0
62.7
3.2
0.65
6.5
1.40
～
1.60
热轧
板材
0.35
7.5
37.6
4.0
0.65
1J13
温轧
热轧
0.20
0.35
0.45
～0.83
6.3
～
12.5
48.0
～
57.6
1.05
～
1.10
6.6
1.25
～
1.30
1J12
温轧
热轧
0.20
0.35
(μ0.01)
3.1
31.3
12.0
1.2
6.7
0.90
～
1.00
1.16
冷轧
0.20
0.50
(μ0.01)
2.5
～
6.9
18.9
～
62.7
48.0
1.3
7.2
0.70
1.2 耐热铝铁合金研究现状
20世纪70年代以来,随着工业产业的发展，新型耐热铝合金应运而生。尽管部分铸造铝合金的耐热性高于变形铝合金,但塑性加工性能却比变形铝合金差。这种快速凝固耐热铝合金在平衡条件下含有多种过渡金属元素如Fe、Mn、Si等和稀土元素,这些几乎不熔于铝的元素以金属化合物的形式在高温下稳定分散,从而增强了基体和晶界[3]。快速凝固耐热铝铁合金在室内的温度取决于强化相。
在通常熔铸条件下,熔融合金中会轻易形成脆性针状或片状铁相,Al3Fe金属相粗大,会严重分裂基体,很大水平的降低了铝铁合金的机械性能。通过调整成分,添加微量元素和加入一定量的稀土元素，可以形成金属间化合物或形成固溶强化,对提高铝合金的耐热性有着重要的作用[4]。
传统上，具有较高铝含量的FeAl合金在通过空气感应熔化时容易产生大量的气体，提高孔隙率。在目前含有7％质量分数的FeAl合金的空气感应熔化的实验下观察到相同的现象，即通过氧化Al的放热反应，从而形成Al2O3。

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