[发明专利]一种Fe-Mn-Al系合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种Fe‑Mn‑Al系合金的制备方法，属于轻质高强合金制备技术领域。本发明所述方法为将锰粉、铝粉和铁粉按质量分数为Al 12.0‑14.0%、Mn 18.0‑30.0%、其余为Fe的比例混合均匀；混合粉末进行压片，然后在惰性气体保护下进行熔炼，熔炼过程中不断对熔体进行搅拌，当合金熔体温度达到1520‑1550℃时，采用水冷铜模浇铸样品；得到的样品在惰性气体保护下，在1000℃保温2‑3小时，然后油冷淬火，经油冷淬火后的合金继续在惰性气体氛围下加热至550‑650℃进行回火处理，保温2‑4小时后随炉冷却至室温，得到Fe‑Mn‑Al轻质高强合金。本发明所述方法相对简单，可靠，制备的Fe‑Mn‑Al合金强度高、质量轻、抗氧化性能和抗腐蚀性能较好。

技术领域

本发明涉及一种Fe-Mn-Al系合金的制备方法，属于轻质高强合金制备技术领域。

背景技术

Fe-Mn-Al合金具有较高的强度、比重轻，同时有很好的耐腐蚀性能、高温抗氧化性能、高电阻、低电导率，及价格低廉等显著特点，是很有发展前途的高温结构材料。目前，作为高温结构材料的有序金属间化合物，国内外重点研究并取得重大进展的主要为Ni-Al系、Ti-Al系和Fe-Al系的A₃B个AB型铝化物。Fe-Al系金属间化合物，由于不含战略元素，成本低，具有优异的抗氧化性、抗腐蚀性和较高的高温强度。单一的Fe-Al合金材料强度较低，脆性较大。在Fe-Al系金属间化合物的基础上添加Mn元素，将会生成DO₃([Fe、Mn]₃Al)、B2([Fe、Mn]Al)有序相，从而显著提高合金的强度和综合力学性能。

在Fe-Mn-Al合金制备方法中，熔铸法和粉末冶金法是比较常见的制备方法。传统的熔铸方法是将原料通过真空感应熔炼或真空电弧熔炼的方法进行熔炼，然后通过细化晶粒或相关热处理工艺来改善质量与性能，该法的原料一般为纯金属锭。缺点是液态金属间化合物的流动性较差，凝固时补缩困难，容易产生缩孔或缩松，产生微裂纹，使铸件性能降低。粉末冶金法是将金属粉末按照一定比例配比，通过真空球磨是粉末混合均匀，将粉末压制成胚料，然后在烧结设备中进行真空烧结。该法的原料一般为高纯金属粉末。该法的缺点是成本高，难以获得高的致密度，从而显著影响材料的强度、塑性和综合力学性能。另外，升温速率和烧结温度对材料组织和成分有较大影响，工艺较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe-Mn-Al系合金的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将锰粉、铝粉和铁粉按质量分数为Al 12.0-14.0% 、Mn 18.0-30.0%、其余为Fe的比例混合均匀；

（2）将步骤（1）得到的混合粉末进行压片，然后在氩气保护下进行熔炼，熔炼过程中不断对熔体进行搅拌，当合金熔体温度达到1520-1550℃时，采用水冷铜模浇铸样品；

（3）步骤（2）中得到的样品在氩气保护下，在1000℃保温2-3小时，然后油冷淬火，经油冷淬火后的合金继续在氩气氛围下加热至550-650℃进行回火处理，保温2-4小时后随炉冷却至室温，得到Fe-Mn-Al轻质高强合金。

优选的，本发明所述锰粉、铝粉和铁粉的纯度均≥99.99%，粒径为300~400目。

优选的，本发明所述锰粉、铝粉和铁粉进行球磨混合，球料比为10:1~15:1，球磨时间不少于4小时。

优选的，本发明所述水冷铜模浇铸的冷却速率为5 K s^-1~10 K s^-1。

本发明的有益效果是：

（1）本发明制备的Fe-Mn-Al轻质高强合金宏观硬度达到45HRC以上，抗拉强度达到949MPa以上，密度可以达到6.50 g/cm³。