Fe-,3-Al-TiC復(fù)合材料的微觀組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、金屬間化合物具有長(zhǎng)程有序的特殊結(jié)構(gòu)，高溫強(qiáng)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(nèi)強(qiáng)度隨溫度升高的特性。Fe3Al有望作成為一種新型的高溫結(jié)構(gòu)材料，然而室溫環(huán)境下的脆性、低強(qiáng)度和溫度超過(guò)600℃時(shí)強(qiáng)度急劇下降等弱點(diǎn)阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。各種方法已經(jīng)用于提高其性能，采用加入高強(qiáng)度高模量的第二相如晶須、顆粒制備復(fù)合材料有效的提高了它的中高溫力學(xué)性能。TiC由于自身的高熔點(diǎn)(3065℃)、低密度

2、(4.93g.cm-3)和高模量(460GPa)被廣泛用作金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)相。本文采用機(jī)械合金化法制得Fe3Al，然后與TiC混料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，制得TiC含量從10Vol％到40Vol％的復(fù)合材料，得到了最佳配比，獲得了較理想的力學(xué)性能。 采用機(jī)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(cè)試手段，研究了機(jī)械合金化及低溫退火過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)演變、Fe3Al粉體燒結(jié)后的塊體的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

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

4、xvol％TiC(x=10，15,30,40)復(fù)合材料，所得試樣為直徑42mm、厚度6mm的圓柱體。在復(fù)合材料中，除了Fe3Al，TiC兩相外，還發(fā)現(xiàn)了細(xì)小的Al2O3峰以及Fe3AlC0.5峰。 雖然在復(fù)合材料中都不可避免的觀察到氣孔，但是通過(guò)熱壓燒結(jié)方法得到的復(fù)合材料的致密度仍然是比較高的，達(dá)到了93～97％，其中含有TiC30vol％的相對(duì)密度最高。 對(duì)復(fù)合材料的TEM觀察證實(shí)了SEM結(jié)果，TiC顆?；蛘弑籉e3A

5、l包裹其中形成內(nèi)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(duì)Fe3Al晶粒尺寸的穩(wěn)定起到積極作用。通過(guò)控制TiC的百分比和燒結(jié)過(guò)程可以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，這些都有利于得到較好的力學(xué)性能。其中復(fù)合材料TF30的性能最好，彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性、硬度分別達(dá)到了880MPa、14.7MPa.m1/2、86HRA。 TiC的加入有效的提高了材料的力學(xué)性能，在Fe3Al/TiC復(fù)合材料中存在著