通過真空感應熔煉、熱鍛和熱軋制備Fe-40.9Ni-4.1Al-1.9V-1.8W-0.82C合金，并對合金依次進行固溶、不同壓下率（10%，20%，30%）冷軋和時效處理（550℃×48 h），研究了冷軋壓下率和時效處理對合金顯微組織和性能的影響。結果表明：冷軋+時效處理后，試驗合金的析出相主要為面心立方結構的（V，W）C復合碳化物，鎳和鋁元素均勻分布在基體中，未觀察到明顯NiAl金屬間化合物。隨著冷軋壓下率增大，試驗合金中出現(xiàn)平面滑移痕跡和類位錯胞結構，碳化物發(fā)生粗化且數(shù)量增多，硬度提高但增速變緩。隨著冷軋壓下率增大，試驗合金的屈服強度和抗拉強度提高，斷后伸長率降低。經(jīng)30%壓下率冷軋和時效處理的試驗合金的線膨脹系數(shù)相較于未進行冷軋?zhí)幚淼南陆?，但仍未能滿足應用需求（400℃時小于9.0×10−6K−1）。
01、研究背景
因瓦合金（Invar alloy）在常溫下具有極低熱膨脹系數(shù)（約1.6×10−6K−1），廣泛應用于精密控制機器和架空輸電線路等方面。4J36（Fe-36Ni，質量分數(shù)/%，下同）合金和4J32（Fe-32Ni-4Co）合金是常用的因瓦合金，均為單相奧氏體組織，在退火狀態(tài)下的強度均較低，抗拉強度不足520MPa。
通過大塑性變形使合金獲得超細晶組織或引入第二相均能有效提高合金強度。VINOGRADOV等對Fe-36Ni合金進行了12道次等通道轉角擠壓處理，使合金獲得了平均晶粒尺寸約180 nm的超細晶組織，提升了合金的抗拉強度（達912MPa）。固溶+時效處理后，F(xiàn)e-36.7Ni-4.41Mo-0.26C和Fe-33.6Ni-6.5Cr-0.19C合金中分別析出Mo2C和Cr7C3碳化物，抗拉強度分別提升至827，644MPa。GULYAEV等對添加質量分數(shù)0.8%鈹Fe-40Ni合金進行固溶+時效處理后，合金中形成了NiBe金屬間化合物，其 抗 拉 強 度最高可達1100MPa。NAKAMA等對Fe-36Ni-0.85V-0.21C合金進行了冷拔和時效處理，合金中形成納米級VC碳化物，硬度提升至1000MPa。GORKUNOV等對Fe-36Ni-10Co-2.9Ti合金進行時效+高溫變形+時效處理，組織中形成了Ni3Ti金屬間化合物，合金的抗拉強度提升至1000MPa。SRIDHARAN等對Fe-36Ni-6.5Co-2.5Ti-1.0Al合金進行冷軋和時效處理，合金中形成了γ'金屬間化合物，抗拉強度提升至1303MPa。
目前，因瓦合金中的第二相主要包括鉬、鉻、釩的碳化物或鈹、鈦、鋁的金屬間化合物。基于鎳鉻型奧氏體耐熱鋼的復相強化方法，推測添加鋁、釩、鎢和碳元素可以使因瓦合金析出復合相來協(xié)同強化基體。為此，作者以Fe-40Ni因瓦合金為原料，添加鋁、釩、鎢、碳等元素制備Fe-40.9Ni-4.1Al-1.9V-1.8W-0.82C合金，對試驗合金進行固溶、冷軋和時效處理，研究了冷軋壓下率和時效處理對合金相析出行為和性能的影響，以期為高強度因瓦合金的性能優(yōu)化提供理論和試驗依據(jù)。
02、研究亮點
1 試樣制備與試驗方法
本章節(jié)詳細介紹了Fe-40.9Ni-4.1Al-1.9V-1.8W-0.82C合金的制備與試驗方法。首先以Fe-40Ni因瓦合金為原料，通過真空感應爐熔煉、熱鍛和熱軋制備熱軋板材，隨后進行固溶處理（1200℃×2h）和不同壓下率（10%、20%、30%）的冷軋。采用550℃×48h水冷時效處理固溶態(tài)和冷軋態(tài)試樣。使用掃描電鏡（ECCI和EBSD模式）觀察微觀形貌，能譜儀分析成分，布洛維硬度計測試硬度，電子萬能試驗機進行室溫拉伸試驗，熱膨脹儀測量20-400℃溫度區(qū)間的線膨脹系數(shù)。所有測試均遵循相應國家標準，數(shù)據(jù)取多次測量平均值。
2 試驗結果與討論
本章節(jié)重點研究了冷軋壓下率和時效處理對Fe-Ni-Al-V-W-C合金組織與性能的影響。隨著冷軋壓下率從0%增至30%，合金組織變形加劇，出現(xiàn)平面滑移和位錯胞結構，促使(V,W)C復合碳化物析出數(shù)量增加但尺寸分布不均且部分粗化。力學性能方面，冷軋壓下率提高使時效后合金硬度、強度和屈服強度顯著提升（如30%冷軋后硬度提高約14HRC），但斷后伸長率下降。熱膨脹系數(shù)隨冷軋壓下率增加而降低，主要因冷軋促進析出減少固溶元素，但合金仍高于因瓦合金標準。鋁元素固溶基體仍是導致熱膨脹系數(shù)偏高的主因。
不同壓下率冷軋和時效后試驗合金的 ECCI 形貌
不同壓下率冷軋和時效后試驗合金的 EBSD 分析結果及 EDS 元素面掃描結果
03、結束語
（1）無論是否在固溶和時效之間進行冷軋，F(xiàn)e-40.9Ni-4.1Al-1.9V-1.8W-0.82C合金中的析出相均主要為面心立方結構的（V，W）C復合碳化物，鎳和鋁元素均在基體中均勻分布，未觀察到明顯的NiAl金屬間化合物。
（2）隨著冷軋壓下率增大，時效態(tài)試驗合金中出現(xiàn)平面滑移痕跡和類位錯胞結構，碳化物發(fā)生粗化且數(shù)量增加，硬度提高但增速變緩。在固溶和時效處理之間進行冷軋?zhí)幚砗?，試驗合金的硬度提高?/span>
（3）隨著冷軋壓下率增大，試驗合金的屈服強度和抗拉強度提高，斷后伸長率降低。在固溶和時效之間增加30%壓下率冷軋?zhí)幚砗螅囼灪辖鸬木€膨脹系數(shù)下降，但仍未能滿足因瓦合金低膨脹系數(shù)的應用需求（400℃時小于9.0×10−6 K−1）。
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