杂质元素和非金属夹杂物对铁铬铝合金性能的影响

1.碳、氮对铁铬铝合金性能的影响

碳、氮在铁铬铝合金中，以碳化铬和氮化铬的形式存在，对合金性能的危害主要表现在以下两方面。

（1）降低铁铬铝合金的塑性 以碳化铬和氮化铬的形式存在的碳、氮主要分布在铁素体的晶界上，使晶界脆化。随着碳、氮含量的增加，合金的强度提高，塑性和韧性下降，导致合金脆化。表14-17列出碳对0Cr25Al5合金高温冲击韧度的影响。表中数据说明：0Cr25Al5合金随着含碳量升高冲击韧度急剧下降。

表14-17 碳对0Cr25Al5合金高温冲击韧度的影响

（2）降低合金的高温抗氧化性能 碳对铁铬铝合金的抗氧化性能起着有害作用。在合金中以碳化铬形式存在的碳，高温下同介质中的O₂、CO₂等发生下列氧化反应：

Cr₂₃^C6+3O2=23Cr+6CO↑ （14-6）

2Cr₇C₃+3O₂=14Cr+6CO↑ （14-7）

式（14-6）和式（14-7）反应式产生的CO气泡从氧化膜下逸出，破坏了氧化膜的保护作用。从而加速了铁铬铝合金的氧化速度，降低了合金的高温抗氧化性能。

图14-8示出碳对0Cr25Al5合金高温抗氧化性能的影响。从图中可知，随着合金中含碳量的增加，合金氧化增重迅速升高。因此，在冶炼铁铬铝合金时，应尽量低控含碳量。考虑到合金的生产成本，不同温度级别的铁铬铝电热合金的含碳量（质量分数）应控制在下列水平：超高温级合金C＜0.03%；高温级合金C＜0.04%；中温级合金C＜0.08%。

（3）氮在铁铬铝合金中的有益作用当铁铬铝合金中加钛时，大部分氮会形成TiN，起细化晶粒的作用。当铁铬铝合金中不加钛时，大部分氮会形成AlN，同样起细化晶粒的作用。但不能抑制合金在高温时晶粒的粗化，因为高温下氮化铝会溶解而失去作用。

图14-8 碳对0Cr25Al5合金抗氧化性能的影响

2.非金属夹杂物对铁铬铝合金性能的影响(www.xing528.com)

夹杂物对铁铬铝合金性能的影响不很突出，研究取得的数据不多。下面提供的生产资料可供参考。

（1）铁铬铝合金中夹杂物的特点 在不加钛和稀土元素的铁铬铝合金中，夹杂物的种类主要是氮化铝。合金中氮含量（质量分数）的85%是以AlN的形态存在。表14-18列出铁铬铝合金中含氮量与氮化铝含量的关系。表中数据取自不加钛和稀土元素的合金。其次，是Al₂O₃、Cr₂O₃、FeO、CaO、SiO₂等氧化物夹杂。

表14-18 铁铬铝合金中含氮量与氮化铝含量的关系

在含钛和稀土元素的铁铬铝合金中，主要是TiN夹杂物和稀土硫氧化物RE₂O₂S夹杂，同时还存氧化物夹杂。

铁铬铝合金中夹杂物的尺寸比较细小，其平均尺寸在8_μm以下。表14-19列出0Cr25Al5合金中夹杂物的尺寸与变化。这可能反映出铁铬铝合金夹杂物的一个特点。

表14-19 0Cr25Al5合金中夹杂物的尺寸与变化

（2）夹杂物对合金性能的影响 由于铁铬铝合金中夹杂物尺寸细小，对合金的加工性能影响不明显。表14-20列出铁铬铝合金中夹杂物总量对快速寿命值的影响。

表14-20 铁铬铝合金中夹杂物总量对快速寿命值的影响

注：合金含Cr=24.5%～25.6%，C=0.04%，质量分数。

总之，因为铁铬铝合金通常采用双联法工艺冶炼，合金中氮、氧含量不高，加上夹杂物尺寸细小，均在临界尺寸8μm以下，故对合金的性能影响不十分明显。尽管如此，降低合金中氮、氧含量，提高合金的纯净度、改善加工塑性仍然是重要的工作。