FeAl/TiC复合材料的微观组织与力学性能研究

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金属间化合物具有长程有序的特殊结构，高温强度、高温蠕变和抗氧化耐腐蚀性能优于大部分金属材料，韧性优于陶瓷材料，并且具有在一定温度范围内强度随温度升高的特性。Fe3Al有望作成为一种新型的高温结构材料，然而室温环境下的脆性、低强度和温度超过600℃时强度急剧下降等弱点阻碍了其实际应用。各种方法已经用于提高其性能，采用加入高强度高模量的第二相如晶须、颗粒制备复合材料有效的提高了它的中高温力学性能。TiC由于自身的高熔点(3065℃)、低密度(4.93g.cm-3)和高模量(460GPa)被广泛用作金属基复合材料的增强相。本文采用机械合金化法制得Fe3Al，然后与TiC混料进行热压烧结，制得TiC含量从10Vol％到40Vol％的复合材料，得到了最佳配比，获得了较理想的力学性能。采用机械合金化制备Fe-Al金属间化合物粉体，并借助XRD、SEM、TEM和DSC等测试手段，研究了机械合金化及低温退火过程中的组织结构演变、Fe3Al粉体烧结后的块体的微观结构和力学性能。研究表明，Fe、Al元素粉末在机械合金化过程中形成无序α-Fe过饱和固溶体。球磨过程中晶粒细化和微观应变同时存在，且微观应变随球磨时间的增大而增大。利用真空热压烧结制备了块体Fe3Al，抗弯强度和断裂韧性分别达到1300MPa和49MPa.m1/2。这些优异的力学性能来源于晶粒细化和组织均化效应。将预制Fe3Al粉体与TiC粉体按所需配比通过球磨混料均匀，在1300℃，40MPa真空条件下热压烧结30min，制得Fe3Al/xvol％TiC(x=10，15,30,40)复合材料，所得试样为直径42mm、厚度6mm的圆柱体。在复合材料中，除了Fe3Al，TiC两相外，还发现了细小的Al2O3峰以及Fe3AlC0.5峰。虽然在复合材料中都不可避免的观察到气孔，但是通过热压烧结方法得到的复合材料的致密度仍然是比较高的，达到了93～97％，其中含有TiC30vol％的相对密度最高。对复合材料的TEM观察证实了SEM结果，TiC颗粒或者被Fe3Al包裹其中形成内晶，或者被推挤至晶界处。位于晶界处的第二相粒子可钉扎基体晶界，从而有效抑制晶界在高温的迁移，对Fe3Al晶粒尺寸的稳定起到积极作用。通过控制TiC的百分比和烧结过程可以达到细化晶粒的目的，这些都有利于得到较好的力学性能。其中复合材料TF30的性能最好，弯曲强度、断裂韧性、硬度分别达到了880MPa、14.7MPa.m1/2、86HRA。 TiC的加入有效的提高了材料的力学性能，在Fe3Al/TiC复合材料中存在着Hall-Petch强化和Orowan强化两种强化机制，前者发挥主要的强化作用。

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作者
刘强;
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作者单位

山东大学;

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授予单位山东大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名张景德;
年度 2005
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属－非金属复合材料;工程材料力学（材料强弱学）;
关键词
金属间化合物; TiC复合材料; 微观组织; 增强机制; 力学性能; 机械合金化;

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