Si及退火处理对Fe-Mo合金组织形貌影响的分析
刘新
【摘 要】借助SEM、EDS和XRD技术研究分析了Si及退火处理对Fe-Mo合金组织形貌的影响。结果表明：Si的加入可以细化晶粒，促进原子扩散和新化合物的生成；退火处理会引起晶粒粗大和强化相Laves相的析出。本文中的研究为寻找组织细小、热稳定性好的Fe基耐锌液腐蚀材料奠定了基础。 【期刊名称】湖北汽车工业学院学报 【年(卷),期】2017(031)001 【总页数】4
【关键词】Fe-Mo合金；耐锌液腐蚀；Laves相
随着汽车工业的快速发展和汽车企业间竞争的激烈化，人们对汽车抵御外界环境破坏能力和汽车长期运行的可靠性、稳定性、耐腐蚀性以及汽车的整体外观性提出了更为苛刻的要求。汽车所受外界的三种损坏（事故、磨损和腐蚀）中，以腐蚀损坏最为普遍和严重。而利用热镀锌工艺在金属表面生成一层致密且耐腐蚀的镀锌层，已成为汽车行业有效避免汽车整车遭受外界电解质腐蚀的最经济和最有效的措施［1］。然而，在热浸镀锌工艺中，液态锌在熔融状态下对大多数的金属都具有很强的腐蚀性，不仅会损坏设备还会降低镀锌层的性能［2］。因此，发展良好的耐锌液腐蚀材料，提高热浸镀锌设备的使用寿命，改善镀锌层的性能，已成为目前热镀锌行业迫切需要解决的问题。
国内外不少学者对耐液锌腐蚀材料进行过较为系统的研究：Tsipas等人［3］研究了碳钢和高合金钢渗硼后在熔锌中的耐蚀性，表现出良好的性能；吴忠等人［4］早在70年代就发现Mo-30W合金具有良好的耐液锌腐蚀性，但在锌
液中容易发生断裂；攸琦等人［5］对Mo-Co-B合金进行了研究，该合金耐蚀性较好，但仍属于脆性材料；曹晓明等人［6］利用粉末冶金方法制备了Fe-B金属间化合物，发现其具有良好的耐熔锌腐蚀能力；刘俊友等人［7］对Fe-Cr-Mn-Si四元合金进行了研究，并重点研究了Si含量的影响，总结了相关规律。目前国际上，实际热镀锌设备中沉没辊和稳定辊的材料以Co-Mo-Cr-Si系列高温合金为主，该合金基于Laves强化，以α-Fe为韧性相，表现出很好的抗高温氧化、高温强度，尤其是在较高温度下具有较好的热腐蚀能力［8-9］。但我国资源缺Co，而且Co的价格昂贵又是重要的战略贮备物资，因此以Fe代Co开发新型铁基合金并部分取代Co基合金将带来巨大经济效益。借鉴Co-Mo-Cr-Si系列高温合金强化机理，课题组尝试设计一种以Fe2Mo（Laves相）为强化相，α-Fe为韧性相的新型Fe基耐液锌腐蚀材料。根据相图计算结果预测，Ni、Cr、Mn、Cu、Al和Si等元素以及热处理工艺可能对合金的抗高温氧化、高温强度和耐蚀性产生较大的影响。
本文中通过研究Si元素和退火对富Fe区域内Fe-Mo合金显微组织形貌的影响，探索Si元素和退火对组织的影响规律，为确定Fe基耐液锌腐蚀材料的元素含量和热处理工艺提供实验依据。
1 实验
根据Fe-Mo二元相图（图1）［10］富Fe区的金属间化合物成分，设计了如表1所示的合金名义成分。实验采用纯度99.99%（质量百分比）的Fe粒、Mo片、Si粒作为原材料，用精度为0.1mg的光电天平称量原材料，在非自耗钨极磁控真空熔炼炉内反复熔炼5次，以获得组织均匀的合金铸锭。利用电火花线切割设备从铸锭心部切取具有规则形状的试样，将试样利用石英管真空密
封后，放入箱式电阻炉中进行真空均匀化退火处理，均匀化退火温度为1 150℃，保温时间为9 h，随炉冷却。
铸态和退火后试样经过镶样、预磨、精磨和抛光后，采用成分为“CuSO4（4 g）+盐酸（100m l）+酒精（100 ml）”的腐蚀剂腐蚀10 s后，利用JSM-6360LV扫描电子显微镜（SEM）分析合金的微观组织；并用OXFORD INCA能谱仪（EDS）测定合金组成相的成分；用日本理学型号为Rigaku-IV的XRD衍射仪（Cu靶Kα射线，步长0.02°，电压40 kV，电流40mA）对细小铸态组织进行物相鉴定。
2 实验结果与分析
2.1 铸态及退火态组织形貌分析
如图2 a所示，在晶界位置，细长的针状组织将短小的针状组织分割开，而基体主要分布在晶内位置。Si元素的加入（含量1%）使合金铸态组织变得均匀而细小（图2 b），短小的针状组织规则交织排列在基体之上；当Si含量为2%时，基体上生成了大颗粒状组织，部分粒状组织聚集成长条状（图2 c），组织均匀性变差；Si含量达到3%后，基体被首尾相连的环状组织分割开，组织也呈现细长形貌（图2 d）。
退火处理后，合金中晶粒方向性强的组织均被破坏，呈现出粗大的组织形貌（图2 e～h）。铸态中的针状组织为不稳定的化合物，退火处理使组织形貌发生了转变，并可能生成了新的Fe-Mo金属间化合物；同时，Si元素的加入，使退火组织中相对粗大的相中间析出了细小的颗粒状组织。
通过分析合金铸态及退火态组织形貌图，可以明显发现：Si元素的加入在一定程度上细化了Fe-Mo金属间化合物的晶粒大小；退火处理后合金组织形貌发
Si及退火处理对Fe-Mo合金组织形貌影响的分析
