据文献介绍,北京科技大学的研究人员将Fe-Ni膨胀合金凝固组织的细化,考察Nb变质剂对FeNi膨胀合金铸态组织细化的影响,以便为近终形水平连铸+直接冷加工成材的Fe-Ni膨胀合金生产新工艺提供理论依据。
试验合金的主要化学成分是(质量分数,%):C:0.05,Si:0.20,Ni:42.50,Mn:1.0,Fe:余量,每炉实验合金的质量为500 g,冶炼时先将原料熔化并加热至高出熔点150℃,再将0.5%质量百分数的Nb变质剂加入熔体中并进行搅拌,随后对熔体降温并浇铸成直径15 mm,长度300 mm的圆线坯。
通过观察比较添加与不添加Nb变质剂的线坯凝固后的显微组织发现,未添变质剂的合金的凝固组织由自中心放射状的柱状晶构成。而加入Nb变质剂后,铸坯完全变成了等轴晶组织。通过SEM对加Nb的试样进一步观察,发现圆铸坯断面等轴晶区有大量的含Nb化合物分布于晶内,等轴晶内中心部位镶嵌着尺寸约2一4μm左右的长条状粒子,该粒子由Ni3Nb及Fe2Nb组成。推断认为,合金中加入变质剂Nb之后,可形成Fe2Nb(熔点1 627℃)粒子在液相中析出,当合金液降温至Ni3Nb凝固点(1 410℃)时,此时合金仍处于液相(合金凝固点约1 402℃),析出的Ni3Nb依附Fe2Nb形成复合物,即Ni3Nb包芯(Fe2Nb)复合物,在合金液凝固过程中可作为凝固组织的非均质形核核心。
Nb变质剂加入Fe-Ni合金中形成了大量的高熔点包芯复合物Ni3Nb(Fe2Nb),Ni3Nb包芯复合物在凝固过程中作为非自发形核核心,使铸坯成为完全等轴晶组织。Nb在凝固组织的等轴晶晶界上以NbN,NbC,Ni3Nb包芯(Fe2Nb)复合物形式存在;其中Ni3Nb包芯(Fe2Nb)复合物具有阻止晶粒长大的作用。Ni3Nb的(001)面与Fe-Ni合金的(111)面具有4.96%的较低错配度,能够成为合金非均质形核的核心。