Fe-Ga合金在凝固和热处理过程中的相形成规律

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Fe-Ga合金作为不含稀土元素的磁致伸缩材料,具有低饱和磁场性能优良、抗拉强度高、韧性好和价格低廉等优点,可在航空、航天和航海等领域获得应用。前人对Fe-Ga合金的磁致伸缩性能进行了广泛的研究,研究表明Fe-Ga合金中的相组成比较复杂,但是对有利于磁致伸缩性能的相组成没有定论。本文对Fe-Ga合金和Fe-Co-Ga合金在不同凝固工艺及后续退火条件下的相组成进行了系统的研究。在此基础上,对部分样品的磁致伸缩性能进行了系统的研究。本文选取(Fe1-xCox)100-yGay(x=0、0.1、0.2 和 0.3;y=19、23 和 25)共 12个合金成分进行研究。首先采用感应熔炼、电弧熔炼和悬浮淬火三种凝固工艺制备上述合金,其次在不同温度下进行退火处理。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术和光学显微镜对合金的相组成及微观组织进行分析,确定了不同Ga含量、不同Co含量的合金在三种凝固工艺条件下及三个不同温度退火条件下的相组成及微观组织的影响。在此基础上,采用电弧熔炼制备大块 Fe100-yGay(y=19、23 和 25)和(Fe1-xCox)77Ga23(x=0.1、0.2和0.3)合金样品,对其在630℃下进行退火处理,测量了铸态和退火态条件下合金样品的磁致伸缩性能。获得的主要结论如下:(1)不同冷却速率条件下凝固的Fe-Ga合金样品均含有A2相和D03相,但是在较高的冷却速率条件下凝固后的合金中还存在L12相和少量的D019相。添加Co后,样品的相组成仍因凝固工艺而异。电弧熔炼合金样品中会形成D03相,悬浮淬火合金样品中则会形成D019相。总体来说,加Co后使得凝固过程中的相平衡向左移动,从而促进了 A2→A2’+D03固态相变。(2)凝固后各个合金样品中的A2相在退火过程中都会发生固态相变,提高Ga含量和加Co后,A2相内分解产物具有调幅分解特征。二元合金样品在中温退火时,其A2相内容易析出D019相。在低温条件下退火时,感应熔炼样品中容易形成L12相。(3)中温退火后,Fe-Ga合金的磁致伸缩性能和磁响应速率均有所下降。加Co也会降低磁致伸缩性能,并减慢磁响应速率。分析认为,中低冷却速率对二元合金在退火过程中的相组成有较大影响,合金中的A2和D03相有利于磁致伸缩性能,D019和L12相对磁致伸缩性能有害。(Fe0.7Co0.3)77Ga23合金在退火过程中生成了畸变的D03相,因而磁致伸缩性能最优。
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