Сучасна електрометалургія, 2026, №02

2026 №02 (04)

DOI of Article
10.37434/sem2026.02.05

2026 №02 (06)

Сучасна електрометалургія, 2026, #2, 39-51 pages

Інтерметаліди системи Fe–Al: сучасні уявлення про структуру, властивості та застосування

Ю.В. Костецький^1,3, М.П. Науменко¹, О.А. Рокицька^2,3

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: y.kostetsky@paton.kiev.ua
²Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України. 03142, м. Київ, вул. Омеляна Пріцака 3
³НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». 03056, м. Київ, просп. Берестейський 37

Реферат
У роботі узагальнено сучасні уявлення про фазову рівновагу, мікроструктуру, механічні та експлуатаційні властивості сплавів системи Fe–Al. Проаналізовано особливості формування фаз A2, Fe3Al (D03) та FeAl (B2), їх термічну стабільність, а також вплив ступеня впорядкування і дефектної структури на міцність та пластичність. Розглянуто роль вакансій, меж зерен і дислокацій у формуванні температурної залежності границі плинності, зокрема в прояві ефекту аномального зміцнення. Показано, що легувальні елементи Cr, Mo, W, V, Ni, B, Ti, Nb і Si істотно впливають на жароміцність, корозійну стійкість, когезію меж зерен, а також на підвищення пластичності інтерметалідів. Окреслено основні напрями застосування сплавів Fe–Al у високотемпературних конструкціях, зносостійких деталях, покриттях і композиційних матеріалах. Узагальнення літературних даних свідчить, що раціональне поєднання легування із сучасними технологіями обробки розширює можливості практичного використання інтерметалідів Fe–Al як економічно ефективної альтернативи традиційним жароміцним сплавам. Бібліогр. 63, табл. 1, рис. 7.
Ключові слова: залізоалюмініди, фазова рівновага, впорядковані фази D03 та B2, дефектна структура, аномальне зміцнення, легування, жароміцність, корозійна стійкість

Отримано 17.03.2026
Отримано у переглянутому вигляді 04.05.2026
Затверджено до друку 20.05.2026
Розміщено онлайн 28.05.2026

Список літератури

1. Palm, M., Stein, F., Dehm, G. (2019) Iron aluminides. Annual Review of Materials Research, 49, 297–326. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070218-125911
2. Zamanzade, M., Barnoush, A., Motz, C. (2016) A review on the properties of iron aluminide intermetallics. Crystals, 6(1), 10. DOI: https://doi.org/10.3390/cryst6010010
3. McKamey, C.G. (1996) Iron aluminides. Physical Metallurgy and Processing of Intermetallic Compounds. Eds by N.S. Stoloff, V.K. Sikka. Boston, Springer, 351–391. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4613-1215-4_9
4. McKamey, C.G., DeVan, J.H., Tortorelli, P.F. et al. (1991) A review of recent developments in Fe3Al-based alloys. J. of Materials Research., 6, 1779–1805. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1991.1779
5. Deevi, S.C., Sikka, V.K. (1996) Nickel and iron aluminides: An overview on properties, processing, and applications. Intermetallics, 4(5), 357–375. DOI: https://doi.org/10.1016/0966-9795(95)00056-9
6. Vilardell, A.M., Cinca, N., Tarrés, E., Kobashi, M. (2022) Iron aluminides as an alternative binder for cemented carbides: A review and perspective towards additive manufacturing. Materials Today Communications, 31, 103335. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103335
7. Oleszak, D., Shingu, P.H. (1994) Mechanical alloying in the Fe–Al system. Materials Science and Engineering A., 181–182, 1217–1221. DOI: https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)90834-6
8. Stein, F., Palm, M. (2007) Re-determination of transition temperatures in the Fe–Al system by differential thermal analysis. Praktische Metallographie, 98(7), 580–588. DOI: https://doi.org/10.3139/146.101512
9. Stoloff, N.S. (1998) Iron aluminides: Present status and future prospects. Materials Science and Engineering A., 258(1), 1–14. DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)00909-5
10. Morris, D.G., Muñoz-Morris, M.A., Llorca, J. (2003) Intermetallics – A basic overview. Intermetallics, 11(4), 413–422.
11. arXiv:2410.12486. https://arxiv.org/abs/2410.12486
12. Liu, C.T., George, E.P., Maziasz, P.J., Schneibel, J.H. (1998) Recent advances in B2 iron aluminide alloys: Deformation, fracture and alloy design. Materials Science and Engineering A., 258(1–2), 84–98. DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)00921-6
13. Rolink, G., Vogt, S., Sencekova, L. et al. (2014) Laser metal deposition and selective laser melting of Fe–28 at. % Al. J. of Materials Research, 29, 2036–2043. DOI: https://doi.org/10.1557/jmr.2014.131
14. Schaefer, H.E., Würschum, R., Sob, M. et al. (1990) Thermal vacancies and positron-lifetime measurements in Fe76.3Al23.7. Physical Review B., 41, 11869–11874. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.11869
15. Wolff, J., Franz, M., Hehenkamp, T. (1997) Defect analysis with positron annihilation–applications to Fe aluminides. Mikrochimica Acta, 125, 263–268. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01246194
16. Broska, A., Wolff, J., Franz, M., Hehenkamp, T. (1999) Defect analysis in FeAl and FeSi with positron lifetime spectroscopy. Intermetallics, 7, 259–267. DOI: https://doi.org/10.1016/S0966-9795(98)00098-3
17. Rieu, J., Goux, C. (1969) Etude du durcissement par trempe des alliages ordonnés Fe–Al de type L20. Mémoires Scientifiques de la Revue de Métallurgie, 66, 869–880.
18. Hasemann, G., Schneibel, J.H., George, E.P. (2012) Dependence of the yield stress of Fe3Al on heat treatment. Intermetallics, 21, 56–61. DOI: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2011.09.005
19. Yang, Y., Baker, I. (1998) The influence of vacancy concentration on the mechanical behavior of Fe–40Al. Intermetallics, 6, 167–175. DOI: https://doi.org/10.1016/S0966-9795(97)00062-9
20. Čížek, J., Lukáč, F., Melikhova, O. et al. (2011) Thermal vacancies in Fe3Al studied by positron annihilation. Acta Materialia, 59, 4068–4078. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.03.031
21. Stein, F., Schneider, A., Frommeyer, G. (2003) Flow stress anomaly and order–disorder transitions in Fe3Al-based alloys. Intermetallics, 11, 71–82. DOI: https://doi.org/10.1016/S0966-9795(02)00187-5
22. Nishino, Y., Ogawa, K., Tanaka, H. (2012) Internal friction study of vacancy hardening in B2 FeAl alloys. Solid State Phenomena, 184, 81–86. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.184.81
23. Morris, D.G., Muñoz-Morris, M.A. (2014) High-temperature creep of iron aluminide intermetallics. Encyclopedia of Thermal Stresses. Dordrecht, Springer, 2226–2236. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2007.09.001
24. George, E.P., Baker, I. (1998) Thermal vacancies and the yield strength anomaly of FeAl. Intermetallics, 6, 759–763. DOI: https://doi.org/10.1016/S0966-9795(98)00063-6
25. Guo, J.T., Jin, O., Yin, W.M., Wang, T.M. (1993) Discovery and study of anomalous yield strength peak in FeAl alloy. Scripta Metallurgica et Materialia, 29, 783–785. DOI: https://doi.org/10.1016/0956-716X(93)90226-I
26. Morris, D.G., Zhao, P., Muñoz-Morris, M.A. (2001) Influence of strain rate on the stress anomaly in Fe3Al. Materials Science and Engineering A, 297, 256–265. DOI: https://doi.org/10.1016/0921-5093(96)10180-5
27. Krein, R., Palm, M. (2007) Two-fold flow stress anomaly in L21-ordered Fe–Al–Ti alloys. Materials Science and Engineering A, 460–461, 174–179. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.01.020
28. Morgand, P., Mouturat, P., Sainfort, G. (1968) Structure et propriétés mécaniques des alliages fer–aluminium. Acta Metallurgica, 16, 867–875. DOI: https://doi.org/10.1016/0001-6160(68)90107-7
29. Morris, G., Gutierrez-Urrutia, I., Muñoz-Morris, M.A. (2008) High temperature creep behaviour of an FeAl intermetallic strengthened by nanoscale oxide particles. Inter. J. of Plasticity, 24I(7), 1205–1223. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2007.09.001
30. McKamey, C.G., Horton, J.A., Liu, C.T. (1989) Effect of chromium on properties of Fe3Al. J. of Materials Research, 4, 1156–1163. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1989.1156
31. Schulson, E.M. (1996) Brittle fracture and toughening. Physical metallurgy and processing of intermetallic compounds, 56–94. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4613-1215-4_3
32. Risanti, D., Deges, J., Falat, L. et al. (2005) Dependence of the brittle-to-ductile transition temperature on Al content. Intermetallics, 13, 1337–1342. DOI: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2005.02.007
33. Krein, R, Schneider, A., Sauthoff, G., Frommeyer, G. (2007) Microstructure and mechanical properties of Fe3Al-based alloys with borides. Intermetallics, 15, 1172–1182. DOI: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2007.02.005
34. Azmi, S.A., Michalcová, A., Sencekova, L., Palm, M. (2017) Microstructure and mechanical properties of Fe–Al–Nb–B alloys. MRS Advances, 2, 1353–1359. DOI: https://doi.org/10.1557/adv.2017.138
35. Kanno, N., Yoshimura K., Takata, N. et al. (2016) Mechanical properties of austenitic heat-resistant steel. Materials Science and Engineering A, 662, 551–563. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.03.038
36. Morris, D.G., Muñoz-Morris, M.A. (1999) Influence of microstructure on ductility of iron aluminides. Intermetallics, 7, 1121–1129. DOI: https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00038-2
37. Park, B., Ko, S., Park, Y. (2000) Mechanical properties of Fe3Al intermetallic matrix composites. MRS Online Proceedings Library, 646, 324–328.
38. Baker, I. (2011) An overview of the mechanical properties of FeAl. MRS Proceedings, 1128. DOI: https://doi.org/10.1557/PROC-1128-U02-01
39. Michalcová, A., Sencekova, L., Rolink, G. et al. (2016) Laser additive manufacturing of iron aluminides. Materials & Design, 116, 481–494. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.12.046
40. Jordan, J.L., Deevi, S.C. (2003) Vacancy formation and effects in FeAl. Intermetallics, 11, 507–528. DOI: https://doi.org/10.1016/S0966-9795(03)00027-X
41. Gaydosh, D.J., Nathal, M.V. (1990) Influence of testing environment on the room temperature ductility of FeAl alloys. Scripta Metallurgica et Materialia, 24(7), 1281–1284. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0956-716X(90)90342-E
42. Baligidad, R.G., Radhakrishna, A., Datta, A., Rama Rao, V.V. (2001) Effect of molybdenum addition on structure and properties of high carbon Fe3Al-based intermetallic alloy. Materials Science and Engineering A, 313(1–2), 117–122. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)00962-5
43. Vodičková, V., Švec, M., Hanus, P. et al. (2025) Microstructure and high-temperature strength of Fe–Al–Si(–Mo) alloys with refractory metal additives. JOM, 1568–1580. DOI: https://doi.org/10.1007/s11837-025-07907-w
44. Zhang, Z., Sun, Y., Guo, J. (1995) Effect of niobium addition on the mechanical properties of Fe3Al-based alloys. Scripta Metallurgica et Materialia, 33(12), 2013–2017. DOI: https://doi.org/10.1016/0956-716X(95)00437-Z
45. Park, N., Lee, S.-C., Cha, P.-R. (2018) Effects of alloying elements on the stability and mechanical properties of Fe3Al from first-principles calculations. Computational Materials Science, 146, 303–309. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.01.042
46. Kontis, P., Yusof, H.A.M., Pedrazzini, S. et al. (2016) On the effect of boron on grain boundary character in a new polycrystalline superalloy. Acta Materialia, 103, 688–699. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.10.006
47. Metidji, N., Younes, A. (2022) Effects of boron, nickel and molybdenum content on the microstructure, mechanical behaviour and wear properties of FeAl alloy made by vacuum arc melting. Transactions of the Indian Institute of Metals, 75, 2691–2699. DOI: https://doi.org/10.1007/s12666-022-02639-w
48. Duquette, D.J. (1995) Corrosion of intermetallic compounds. Intermetallic Compounds, 965–975.
49. Balasubramaniam, R. (1996) On the role of chromium in minimizing room temperature hydrogen embrittlement in iron aluminides. Scripta Materialia, 34(1), 127–133. DOI: https://doi.org/10.1016/1359-6462(95)00495-5
50. Lee, J.W., Wu, C.C., Liu, T.F. (2004) The influence of Cr alloying on microstructures of Fe–Al–Mn–Cr alloys. Scripta Materialia, 50(11), 1389–1393. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.02.040
51. Novák, P., Nová, K. (2019) Oxidation behavior of Fe–Al, Fe– Si and Fe–Al–Si intermetallics. Materials, 12(11), 1748. DOI: https://doi.org/10.3390/ma12111748
52. Khaple, S., Golla, B.R., Prasad, V.V.S. (2023) A review on the current status of Fe–Al based ferritic lightweight steel. Defence Technology, 26, 1–22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dt.2022.11.019
53. Emdadi, A., Yang, Y., Szyndler, J. et al. (2026) Highly printable Fe3Al intermetallic alloy. Metals, 16(1), 5. DOI: https://doi.org/10.3390/met16010005
54. Rojacz, H., Varga, M., Mayrhofer, P.H. (2025) High-temperature abrasive wear behaviour of strengthened iron-aluminide laser claddings. Surface and Coatings Technology, 496, 131585. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2024.131585
55. Gomes, A.F., Santos, H.S., Seno, R. (2025) Laser cladding of iron aluminide coatings for surface protection in Soderberg electrolytic cells. Metals, 15(12), 1337.
56. Kołodziejczak, P., Bober, M., Chmielewski, T.M., Baranowski, M. (2025) Structure and selected properties of coatings deposited by arc spraying under inert atmosphere containing in situ fabricated Fe–Al intermetallic phases. Materials, 18(3), 646. DOI: https://doi.org/10.3390/ma18030646
57. Dosta, S., Clavé, G., Betancor-Cazorla, L. et al. (2025) Optimization of Fe3Al intermetallic cold gas spray coatings: Microstructural characterization. Surface and Coatings Technology, 504, 132032. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.132032
58. Smorygo, O. et al. (2022) Metal foam-reinforced microporous FeAlOᵧ/FeAlₓ composites for catalytic applications. Materials Chemistry and Physics, 283, 126013. DOI: https://doi. org/10.1016/j.matchemphys.2022.126013
59. Guo, E., He, Y., Zhong, F. et al. (2024) Preparing high performance FeAl/Al2O3 coating as tritium permeation barrier. J. of Nuclear Materials, 599, 155261. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2024.155261
60. Wen, F., Zhang, D., Wang, W. et al. (2024) Preparation and formation mechanism of Fe–Al coating on 316L stainless steel by pack cementation aluminizing. Chinese J. of Materials Research, 38(10), 759–767. DOI: https://doi.org/10.11901/1005.3093.2023.561
61. Li, Y., Barzagli, F., Liu, P. (2023) Mechanism and evaluation of hydrogen permeation barriers: A critical review. Industrial & Engineering Chemistry Research, 62, 15752–15773. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.3c02259
62. Ertugrul, G., Emdadi, A., Härtel, S. (2025) Powder production and additive manufacturing of iron aluminide alloys using plasma ultrasonic atomization and laser-directed energy deposition. Additive Manufacturing Letters, 14, 100313. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addlet.2025.100313
63. Rojacz, H., Piringer, G., Varga, M. (2023) Iron aluminides – A step towards sustainable high-temperature wear resistant materials. Wear, 523, 204754. DOI: https://doi.org/10.1016/j. wear.2023.204754

Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.