Cr是唯一提高Fe3Al室温塑性的固溶元素。在Cr,Ti,Mo,Mn,Ni,Si等代位原子中,仅有Cr提高了当量成分D03结构的Fe3Al在真空中的室温
延伸率,其他元素都不同程度地降低了塑性。这一结果表明,代位原子的加入改变了Fe3Al的内禀特性。为此,必须确定上述代位原子在长程有序DO3结构的Fe3Al亚点阵中的占位及其对原子间交互作用的影响,为深入研究它们对微观变形机制及宏观力学行为的影响提供依据。
Fe原子与Cr,Mn,Ni原子对中子的散射振幅分别为9.5,3.52,-3.9,10.3fm,便于用中子衍射分析确定这些原子在亚点阵中的占位。Fe3Al在室温下为DO3结构,空间群为Fm3m。加入不同代位原子后,单胞晶格常数改变。单胞中有两类不同的Fe原子,每一个原子与周围环境不同,因此,它们具有不同的磁矩。加入合金元素使Fe原子磁矩发生变化。加入不同的原子,使得(111)与(200)衍射强度比的变化不同。(111)衍射是DO3类型结构的超结构特征峰,它与(200)衍射强度的相对变化说明了不同原子改变了Fe3Al的DO3结构的有序度。
Fe3Al的无序状态属于bcc结构,滑移系为{110}<111>, b=ao<111> /2 (ao是DO3单胞点阵常数的一半)。有序状态时是由四个互相贯穿的fcc结构构成,形成D03超结构点阵,属于fcc结构。在这种结构的单胞中,一个Al原子有八个最近邻的Fe原子及六个次近邻的Fe原子,一个Fe原子有八个最近邻的Al原子及六个次近邻的Fe原子。
由于位错1/2ao<111> (110)滑移,导致最近邻与次近邻位置改变,由此形成反相畴(APD)。由于代位原子占位不同,各合金中的原子对类型和原子间交互作用能都不同,从而有不同的反相畴界能。超点阵位错单位位错之间的距离反映了反相畴界能的高低和分解成普通位错的难易程度。反相畴界能和单位位错之间的间距成反比关系。
对于DO3结构的Fe3Al(Me)合金,如果Me占据Al的次近邻位置,那么次近邻原子对由Fe3Al的Fe-Al转变为Fe-Al-Me时的Fe-Fe,Fe-Al,Al-Me对,Al-Me原子对替代了部分Fe-Al对。Cr,Mo,Ti的占位就属于这类情况。Cr-Al对的DO小于Fe-Al对的DO值,表明Cr-Al原子间的相互作用较弱,即添加Cr降低了DO3结构的Fe3Al的次近邻原子间的结合能,从而降低了合金的反相畴界能(ENNN),增大超点阵位错的四分位错间距,容易分解成二分位错,使Fe-25Al-5Cr表现出比Fe3Al高的室温塑性。分别添加MO,Tl后,Mo-Al,Ti-AI对的DAB分别提高到1.1828eV及0.8059eV,与Fe-Al对相比,Ti-Al,MO-Al原子间相互作用较强,增大了合金的次近邻反相畴界能,四分位错更不易分解,使合金变得更脆。
1.代位原子在DO3结构的Fe3Al亚点阵中占位的中子衍射测定结果表明,Cr,Mo,Ti原子占据β位,主要替代Al原子的次近邻Fe原子;Mn,Ni原子进入α1,α2位,替代Al原子的最近邻Fe原子;(Si+Al)原子在当量成分以内时,Si全部进入y位,替代Al原子。
2.异类原子间的解离能Do的计算结果表明,与Fe-A,Al-Ti,Al-Mo原子对相比,Cr-Al原子对的相互作用较弱,次近邻反相畴界能较低,从而提高了合金的室温塑性。