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金属材料0905 蔺如 200901010215 氢对Fe-Al合金的强度影响 当Fe-Al合金中的Al与水蒸汽反应时，合金往往会出现氢脆。为了探讨这种关系，我们将合金分别进行两种不同的干燥处理方法之后，进行硬度的测量：一种是在室温下湿润的环境中（干-湿处理）进行处理，另外一种是在这之后，让合金在423K的温度下进行干燥（干-湿-干处理）。第一种情况下，出现了时效硬化现象；而第二种则出现了时效软化现象。这种硬度上的改变告诉我们，在不同的环境下，硬度是可以转变的。 前言 铁和铝所形成的几种较为稳定的金属间化合物合金包括有序体心立方（BCC）结构——B2-FeAl和D03-Fe3Al。一些含铁丰富的铝，尤其是FeAl和Fe3Al以其可与不锈钢及铁基高温合金相媲美的优越特性，使得铁铝合金可以较高的环境温度下使用，从而引起了人们广泛的关注。这些特点包括高强度，低密度，良好的抗氧化性，低成本，??阻尼能力【1】。然而这些铁铝合金在室温下表现出低延展性和断裂韧性等等缺点。此外，其机械性能，特别是伸长率，对环境的变化是非常敏感的。 就本质上来说，铁铝的脆性是外在的性质；当铝的含量少于38%时，合金容易产生氢脆【2,3】。虽然许多论文已经报告了铁铝合金在真空，氧气，干燥空气，潮湿的空气环境中的机械性能【4,8】，但是很少有论文涉及到环境改变时对铁铝合金的机械性能影响。因此，本实验采用微维氏硬度测量法来研究当环境改变时，铁铝合金的力学性能的敏感性。 氢硬化 通常情况下，置换溶质原子和间隙溶质原子可以使得金属和合金产生固溶强化。许多研究都提到，α-铁与低碳钢之所以会出现硬化和软化的现象，是因为溶解了氢的缘故【9,15】。这里有许多文献提到了氢对金属间化合物的机械性能的影响【16,17】。根据文献来看，许多金属间化合物，比如Li2(Fe, Ni)3V【18】和Ni3(A1,Mn)【19】熔入氢之后，降低了其伸长率，但对屈服应力的影响不大。因此，探讨在铁铝中加入氢是否影响屈服应力和硬度，将铁铝放置于氢环境中其是否会发生软化或硬化，是很有意义的。 通过从文献上收集一些可靠的数据，表1列出了在各种环境下处于室温中的铁铝合金的屈服强度。其屈服强度在湿润（高氢）的环境下比干燥（低氢）环境下略高（0-28MPa）.当提高测试环境中的氢含量时，屈服强度也相应的成比例增加。在表1中所列出的屈服应力的增加包括了这里所研究的成果（即，处于潮湿环境的硬度比干燥环境下高约10MPa）。因此可以得出结论，溶质氢导致铁铝的硬化，同时，在室温下，其屈服强度及硬度的增加与氢含量的增加有关。 实验步骤 Fe-18Al(百分数)和Fe-25Al(百分数)合金是由纯度为99.9%的电解铁及99.9%的纯铝制作而成。合金通过真空度约为10-3乇的高频感应熔炼之后，浇铸成金属模具。让铸锭在1373K的温度下保温1小时之后空冷。从铸锭的中心开始，切削成规格为10mm×20mm×5mm的矩形锭，然后打磨去除表面加工硬化层。这个样品在真空（10-2乇）室温下，静置1.8×103秒。之后在423K的温度下在空气中烘烤1.8×103秒来除去水分。再在室温下，将样品放置在干燥器中一整天。干燥器中放置硫酸钙粉末来保证干燥。干燥完成后，取出一部分样品放置于蒸馏水中，在室温下静置三天（干-湿处理）。在干-湿处理之后，取一部分样品进行分析，在样品的表面没有发现较为明显的损害。之后再将样品进行更深层次的处理：在空气中通过423K的电炉烘干样品（干-湿-干处理）。在硬度测量之前，样品在干燥的空气中从423K冷却到室温大概需要102秒。 所有标本在室温下通过岛津显微硬度测试仪（M型）进行微维氏硬度测试。 负载和加载时间分别为300克和15秒，通过微维氏硬度计数字（HV）应该获得最高和最低值，而且应测量6次。 硬度测量 Fe-18Al和Fe-25Al的维氏硬度与之间的关系见图1。 由图可知，Fe-18Al的硬度，两种处理方法（干-湿处理，干-湿-干处理）所得硬度，干-湿-干的硬度要大于干-湿处理之后的硬度（HV225,HV212）。在干-湿处理的情况下，硬度是随着时间持续上升的（大约102秒），在104秒之后，达到最大值HV225，之后不再变化。Fe-18Al合金在干燥处理之后，处于潮湿的环境中时，表现出时效硬化现象，硬度与时间的关系是典型的S型曲线。 再来看经过干-湿-干处理的情况，相反，硬度和时间的关系呈反S型曲线。硬度随着时间的增加而降低，105秒之后达到最低硬度HV212，并且不在随时间变化。 与Fe-18Al类似，Fe-25Al的硬度也是干-湿-干处理之后的大于干-湿处理的。分别为HV315和HV304。干-湿处理后的硬度时间曲线也呈S型，不过F