【摘 要】
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本文选用了Fe-Cr-Al合金为研究对象,开展了Fe-21.3Cr-3.5Al合金1220-1340℃温度范围内3h条件下的恒温氧化试验以及1280℃下的连续氧化试验,同时探讨C元素和Al元素对Fe-Cr-Al合金高温氧化的影响。采用扫描电镜、X射线衍射分析和EDS能谱分析等多种测试手段、研究了氧化温度、氧化时间和元素成分对Fe-Cr-Al合金氧化膜的形貌特征、氧化层厚度、硬度以及磨损性能的影响,
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本文选用了Fe-Cr-Al合金为研究对象,开展了Fe-21.3Cr-3.5Al合金1220-1340℃温度范围内3h条件下的恒温氧化试验以及1280℃下的连续氧化试验,同时探讨C元素和Al元素对Fe-Cr-Al合金高温氧化的影响。采用扫描电镜、X射线衍射分析和EDS能谱分析等多种测试手段、研究了氧化温度、氧化时间和元素成分对Fe-Cr-Al合金氧化膜的形貌特征、氧化层厚度、硬度以及磨损性能的影响,探究高温氧化过程和高温氧化机理。试验结果表明,随着氧化温度的升高,Fe-21.3Cr-3.5Al合金的氧化增重呈现阶梯式上升,氧化层主要由Al2O3和少量的Zr O2、Fe2O3构成,在1220-1340℃范围内,氧化表面的Zr O2持续增加,Al2O3含量先增加后下降,在1260℃时Al2O3含量达到最高。随着温度的升高,Al2O3含量降低,Fe2O3含量开始增多。Fe-21.3Cr-3.5Al合金在1280℃以下,抗氧化能力良好,1300℃以上抗氧化能力出现不稳定性。关于氧化层的厚度,1260℃时氧化层最均匀,1280℃时氧化膜厚度较大和较为均匀,在1300℃以上的温度时,氧化膜又逐渐变得不均匀。随氧化处理温度升高,氧化层硬度呈现增加趋势,Fe-21.3Cr-3.5Al合金的磨损机制为磨粒磨损和氧化膜的剥落。随着氧化温度的升高,氧化层耐磨性提高,1280℃时磨损率最低,1320℃下的氧化层磨损时,发生部分剥落。通过氧化层厚度和磨损性能的比较,Fe-21.3Cr-3.5Al合金与KCF材料性能相当。Fe-21.3Cr-3.5Al合金在1280℃下氧化1-5h,氧化动力曲线遵循幂函数曲线规律。氧化初期,Al2O3的含量显著增加,3h后的氧化表面Al2O3的含量基本保持稳定。随着氧化时间的增加,氧化层厚度和硬度也随之增加。设计不同元素成分的Fe-Cr-Al合金,主要研究C和Al元素对Fe-Cr-Al合金的影响,其中研究C元素的范围在0.0068%-0.036%,Al元素范围在2.4%-3.2%。在1260℃和1280℃下进行3h的恒温氧化,结果表明C元素的增加会显著降低Fe-Cr-Al合金的抗氧化能力,Al元素的增加会显著提高Fe-Cr-Al合金的抗氧化能力。随着C含量的增加,Fe-Cr-Al合金的金相组织,铁素体晶粒形状发生变化,C含量的增加导致氧化后剥落现象越来越明显,氧化增重也越来越大。在1260℃和1280℃下氧化3h时,C含量为0.0068%时,氧化膜表面以氧化铝为主。C含量为0.022%时,氧化膜表面以氧化铁为主,C含量为0.036%时,在1260℃时氧化膜表面以氧化铬为主,在1280℃时氧化膜表面以氧化铁为主。通过氧化层分析,随着C含量的升高,氧化层的厚度逐渐升高,氧化膜硬度逐渐降低。通过氧化层分析,随着Al含量的增加,可以促进Fe-Cr-Al合金形成更多的氧化铝,大大提高合金的抗氧化能力,氧化层的厚度逐渐降低,氧化层的硬度逐渐增加。
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