一种Fe-Cr-Mo-Al-Cu耐蚀高温合金，属于新材料技术领域。其特征在于：它包括Fe、Cr、Mo、Al、Cu元素，其合金成分的质量百分比为(wt.％)，Cr：20.0-29.2，Al：2.0-3.5，Mo：5.0-8.0，Cu：0.5-1.5，Fe：余量。材料性能指标为：合金在1100℃高温空气环境中经过氧化后仍为体心立方结构；合金硬度为Hv＝2.45-2.51GPa；在3.5wt.％NaCl溶液中具有良好的耐腐蚀性能，自腐蚀电位Ecorr＝-0.108--0.094V；合金的抗拉强度为σb＝629-642MPa，延伸率ε＝18-22％。本发明专利技术的效果和益处是开发出了一种新型低成本的Fe-Cr-Mo-Al-Cu耐蚀高温合金，在1100℃高温空气环境中具有完全抗氧化能力；具有良好的综合机械性能，可作为高强度结构材料使用，并可进行冷热加工；在高氯环境中具有良好的抗腐蚀性能，可以用于航海、石油等高氯环境中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料
，涉及到一种新型综合性能良好的!^-Cr-Mo-Al-Cu 合金，可用于高温1100°c的空气环境中，高氯海水环境中，也可以作为高强度的结构材料使用。
技术介绍
工业领域广泛应用的高温合金按基体成分的不同可以划分为铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金，锆基高温合金等。铁基高温合金主要靠大量合金化贵重元素 Ni、W、Nb、V、Zr、Co、Mo、稀土元素等来提高其抗高温氧化性能，生产成本比较高，一般为面心立方结构，服役温度介于650 1000°C之间。著名的!^e-Cr-Al体心结构合金以其优良的抗高温氧化性能广泛地用作各类电热材料、耐热涂层材料，如lCrl3A14，0Cr21A16，0Cr25A15， 0Cr21A16Nb，0Cr27A17Mo2，质量分数为(wt. % ) :Cr 12. O 27. 8，Al 2. O 7. 0，Mo O 3. O, Nb ^ 0.5,Mn ^ 0.4, Si ^ 0. 7，稀土元素Re适量，！^余量，这些合金来自生产经验，自然无法得到最佳的合金成分，并且加工工艺比较复杂，在高温环境中沿晶界容易析出碳化物 Cr23C6、Cr7C3、氮化物CrN2和较脆的中间合金相i^eCr，FeAl3，进而形成贫铬区，破坏了合金的耐蚀性能、耐高温氧化性能，也严重影响到了合金的机械性能。高耐蚀!^-Cr-Mo体心结构不锈钢，以其在高Cl_环境中良好的耐蚀性能而闻名，如00Crf9Mo4，00Cr27Mo4，00Crl8Mo2 等，成分质量分数为(wt. =Cr 18. 0 四.0，Mo O 4.0，Ti 0.4，Nb 0.4，这些合金最大 Mo含量为%，在550 950°C高温服役环境中同样易析出CrMC6、！^eCr相等，严重影响合金的性能。另有!^e-Cr-Mo合金在高Cl_环境中耐蚀性能研究表明，其抗点蚀能力随着Mo 含量的增加而增加；含Mo量高达6wt. %的 ^-Cr-Mo合金研究表明，在高温1200 1400°C 环境中，合金仍旧保持稳定的体心立方结构；同时由Sieffler不锈钢经验公式表明，Mo含量的增加必将能够进一步提高!^e-Cr基合金体心结构的稳定性，单一结构的合金钢材料一般都具有良好的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有!^e-Cr基高温合金技术存在的贵重合金化组元含量高， 最佳成分不易获得，生产成本较高，工艺复杂，高温环境中容易析出第二相影响合金的耐高温氧化性能、耐蚀性能、力学性能等的不足，提供了一种成本低廉、结构稳定、铸造性能与综合机械性能良好、1100°c高温空气环境中完全抗氧化、高氯环境中耐腐蚀性能优良的新型体心铁基高温合金。本专利技术采用的技术方案是一种 ^-Cr-Mo-Al-Cu耐蚀高温合金，其特征在于它包括Fe、Cr、Mo、Al、Cu元素，其合金成分的质量百分比为(wt. % ), Cr :20.0-29. 2，Al 2. 0-3. 5，Mo 5. 0-8. 0，Cu :0. 5-1. 5，Fe 余量。实现上述技术方案的构思是以Fe-Cr 二元相图特征为基础，充分考虑添加的合金化元素与基体狗之间的相互作用，优化出最佳成分，以下为具体的化学成分确定与优化过程。合金材料的成分是决定其性能的基础，高温合金以其强度高、抗氧化和耐腐蚀性能良好经常应用于高温空气环境、高氯环境与高硫环境中，所以元素选取要保证合金具有高强度的同时，能够具有抗高温氧化性能，即在合金表面生成致密的氧化膜阻断氧化进程，保护合金不被进一步氧化，故选择铬、钼、铝、铜作为合金化元素。①铬铬是i^e-Cr体心高温合金中不可缺少的元素。首先，铬是促进铁基合金体心结构形成与稳定化元素；其次，高温空气环境中铬在合金表面容易生成致密的氧化膜Cr2O3，阻断了氧气进一步向材料内部扩散，对合金材料起到了保护作用；再者，铬原子作为固溶元素大量溶入铁的基体之中，产生固溶强化效应，提高了材料的强度；最后，钢中添加铬作为合金元素后，促使其内部的矛盾运动向着有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展，铬使铁基固溶体的电极电位提高并且铬吸收铁的电子使铁钝化。为了提高体心铁基高温合金的耐腐蚀能力，我们按照不锈钢的经典理论 Tammarm原则并考虑已有合金的成分范围选择铬元素的合金化含量，其原子百分比选取为 21.2-30.6%。②钼钼元素是高温合金中比较常用的一种合金化元素，能够促进铁基合金体心结构的形成与稳定，其原子半径(0. 140nm)比铁的原子半径(0. 127nm)大10. 2%，并且在!^e-Mo 二元相图中可以看出，钼元素在铁的体心立方结构中有一定的溶解度，添加一定量的钼元素，可以溶入铁的体心立方晶格中，造成严重的晶格畸变，形成强烈的固溶强化效应，明显提高合金的强度。另外钼元素还能提高合金在高温环境中的抗腐蚀、抗点蚀能力。根据i^e-Mo 二元相图，钼元素添加量的原子百分比为2. 9-4.5%。③铝选取铝作为合金化元素是为了提高材料的抗高温氧化能力，在空气环境中铝在合金表面容易生成致密的氧化膜Al2O3，协同Cr2O3 —起阻断氧气进一步向材料内部扩散的途径，保护材料正常使用； 再者，铝元素原子半径(0. 143nm)比铁的原子半径(0. 127nm)大12. 6%，同时在!^-Al 二元相图中可以看出，铝可以作为固溶元素大量溶入铁的基体之中，产生固溶强化效应，可以大大提高材料的强度，但是添加过多的铝容易析出富Al的第二相使材料变脆，所以要适当控制其含量；最后，为了保证添加的铜组元能够稳定地溶入铁的基体之中，以铝元素作为过渡性元素将铜元素协同带入铁的基体之中。通过以上分析，铝元素添加量的原子百分比为 4. 1-7. 1%。④铜铜元素是提高合金耐腐蚀性能的重要组元之一，但是因为元素铜与铁、铜与钼、铜与铬两两组元之间具有强烈的排斥作用，在高温环境中容易在晶界处析出而使合金首先从晶界处破坏，一般不作为铁基高温合金中的添加元素，但是为了提高合金在服役过程中的耐腐蚀能力，特添加了微量的铜元素作为合金化组元。铜元素的添加是通过第三组元铝进行的，但其添加量必须谨慎控制，以避免其含量过高而容易析出于晶界处，结合添加的铝元素含量，铜的原子百分含量选取为0.4-1.3%。从以上分析可以看出，合金主要组元Cr、Mo都是体心结构形成元素，可以预计合金能够生成体心立方结构。 本专利技术的成分合金采用高纯度组元，元素按质量百分比合金成分进行配比；然后利用非自耗电弧熔炼炉在Ar气保护下对配比的混合物进行多次熔炼，以得到成分均勻的合金锭，然后利用铜模吸铸快冷工艺将合金锭制备成直径为IOmm的合金棒，作为试验用样品；利用0M、XRD (Cu Ka辐射，λ = 0. 15406nm)与TEM检测合金结构；用维氏硬度计进行了硬度测试；然后在1100°C高温空气环境中进行100小时抗氧化实验，判定抗高温氧化能力的高低；模拟海水高Cl—环境(3. 5wt. % NaCl)在室温下利用电化学工作站进行合金材料的耐蚀性能测试，由此判定本专利技术中合金耐海水腐蚀能力的高低；在拉伸机上进行拉伸试验评价其综合机械性能。质量分数为(wt. % )Cr 20. 0-29. 2，Al 2. 0-3. 5，Mo 5. 0-8.本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种Ｆｅ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ａｌ－Ｃｕ耐蚀高温合金，其特征在于：它包括Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ元素，其合金成分的质量百分比为（ｗｔ．％），Ｃｒ：２０．０－２９．２，Ａｌ：２．０－３．５，Ｍｏ：５．０－８．０，Ｃｕ：０．５－１．５，Ｆｅ：余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董闯，王清，李宝增，羌建兵，王英敏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91
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