Fe-,3-Al-TiC復合材料的微觀組織與力學性能研究.pdf

1、金屬間化合物具有長程有序的特殊結構，高溫強度、高溫蠕變和抗氧化耐腐蝕性能優(yōu)于大部分金屬材料，韌性優(yōu)于陶瓷材料，并且具有在一定溫度范圍內強度隨溫度升高的特性。Fe3Al有望作成為一種新型的高溫結構材料，然而室溫環(huán)境下的脆性、低強度和溫度超過600℃時強度急劇下降等弱點阻礙了其實際應用。各種方法已經(jīng)用于提高其性能，采用加入高強度高模量的第二相如晶須、顆粒制備復合材料有效的提高了它的中高溫力學性能。TiC由于自身的高熔點(3065℃)、低密度

2、(4.93g.cm-3)和高模量(460GPa)被廣泛用作金屬基復合材料的增強相。本文采用機械合金化法制得Fe3Al，然后與TiC混料進行熱壓燒結，制得TiC含量從10Vol％到40Vol％的復合材料，得到了最佳配比，獲得了較理想的力學性能。 采用機械合金化制備Fe-Al金屬間化合物粉體，并借助XRD、SEM、TEM和DSC等測試手段，研究了機械合金化及低溫退火過程中的組織結構演變、Fe3Al粉體燒結后的塊體的微觀結構和力學性能

3、。研究表明，F(xiàn)e、Al元素粉末在機械合金化過程中形成無序α-Fe過飽和固溶體。球磨過程中晶粒細化和微觀應變同時存在，且微觀應變隨球磨時間的增大而增大。利用真空熱壓燒結制備了塊體Fe3Al，抗彎強度和斷裂韌性分別達到1300MPa和49MPa.m1/2。這些優(yōu)異的力學性能來源于晶粒細化和組織均化效應。 將預制Fe3Al粉體與TiC粉體按所需配比通過球磨混料均勻，在1300℃，40MPa真空條件下熱壓燒結30min，制得Fe3Al/

4、xvol％TiC(x=10，15,30,40)復合材料，所得試樣為直徑42mm、厚度6mm的圓柱體。在復合材料中，除了Fe3Al，TiC兩相外，還發(fā)現(xiàn)了細小的Al2O3峰以及Fe3AlC0.5峰。 雖然在復合材料中都不可避免的觀察到氣孔，但是通過熱壓燒結方法得到的復合材料的致密度仍然是比較高的，達到了93～97％，其中含有TiC30vol％的相對密度最高。 對復合材料的TEM觀察證實了SEM結果，TiC顆粒或者被Fe3A

5、l包裹其中形成內晶，或者被推擠至晶界處。位于晶界處的第二相粒子可釘扎基體晶界，從而有效抑制晶界在高溫的遷移，對Fe3Al晶粒尺寸的穩(wěn)定起到積極作用。通過控制TiC的百分比和燒結過程可以達到細化晶粒的目的，這些都有利于得到較好的力學性能。其中復合材料TF30的性能最好，彎曲強度、斷裂韌性、硬度分別達到了880MPa、14.7MPa.m1/2、86HRA。 TiC的加入有效的提高了材料的力學性能，在Fe3Al/TiC復合材料中存在著