摘 要：铝热快速凝固法制备的 FeNiCr/NiAl-TiC 复合材料的力学性能

铁铬铝合金具有优良的抗氧化性，在900℃以上的温度下可长期用作电热材料，但其高温力学性能较差，不能用作高温材料。目前的结构材料。为了提高铁素体合金的高温力学性能，采用铝热快速凝固法制备了原位高体积分数NiAl相和原位TiC陶瓷相增强的铁基复合材料。采用Thermo-Calc热力学分析软件对铝热反应过程的绝热温度、产物的平衡相组成以及Ni、Cr、Al等元素对产物平衡相组成的影响进行分析。通过扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪对复合材料的微观结构进行了分析。同时分析了复合材料在不同温度时效处理后的显微组织稳定性和力学性能。热力学计算表明，所选铝热剂体系的绝热温度在5000K以上，反应后室温下的平衡产物包括σ-FeCr、α-FeNiCr、NiAl和TiC。铝热快速凝固法制备的FeNiCr/NiAl-TiC复合材料的显微组织分析表明，复合材料主要由α-FeNiCr固溶体、TiC和NiAl三相组成，与热力学计算结果基本一致； NiAl相晶粒细小，尺寸在50-100nm范围内，与基体FeNiCr的界面是共格的； TiC在合金基体中呈多边形均匀分布，晶粒尺寸在1-3μm左右；当时效温度低于600℃时，FeNiCr/NiAl-TiC复合结构稳定。力学性能分析表明，FeNiCr/NiAl-TiC复合材料的断裂韧性值KIC为21.97MPa•m1/2，抗拉强度为721MPa。在500-600℃温度范围内，KIC值最高，约为31.8MPa•m1/2，此时强度也最高，达到最大值913MPa，这主要是由于降水在这个温度范围内，基体中更细的 NiAl 相互影响。在650℃以上时效和快速冷却后，少量α-FeNiCr相转变为针状马氏体组织。此外，在晶界处形成少量Cr7C3碳化物，导致材料韧性和强度降低。在700℃老化下，它们分别为22.98MPa•m1/2和263MPa。在750-900℃温度范围时效，断裂韧性值下降，稳定在19MPa·m1/2左右，而900℃时效强度值回升至563MPa，并出现板条状γ在矩阵中。形成-FeNiCr和σ-FeCr相。研究结果表明，铝热快速凝固法是制备难熔合金材料的有效方法之一。该方法可以有效利用纳米相强化和陶瓷相强化机制，获得综合性能优异的复合材料。

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