【摘 要】
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TiB2颗粒增强钢是一种具有高强度、高比刚度以及低密度等优点的新型复合材料,是实现汽车轻量化的潜在应用材料。但是TiB2颗粒增强钢在凝固中过程存在TiB2颗粒团聚、上浮等问题。研究分析TiB2颗粒的运动机制与控制方法,提高其力学性能,具有重要的研究价值和现实意义。本文在铁素体中原位生成TiB2颗粒制备出TiB2颗粒增强钢。研究不同冷却速率（阶梯形铜模）对TiB2颗粒增强钢中初生和共晶TiB2颗粒分
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TiB2颗粒增强钢是一种具有高强度、高比刚度以及低密度等优点的新型复合材料,是实现汽车轻量化的潜在应用材料。但是TiB2颗粒增强钢在凝固中过程存在TiB2颗粒团聚、上浮等问题。研究分析TiB2颗粒的运动机制与控制方法,提高其力学性能,具有重要的研究价值和现实意义。本文在铁素体中原位生成TiB2颗粒制备出TiB2颗粒增强钢。研究不同冷却速率（阶梯形铜模）对TiB2颗粒增强钢中初生和共晶TiB2颗粒分布、形貌及力学性能的影响;研究稀土元素对TiB2颗粒增强钢初生和共晶TiB2颗粒分布、形貌及力学性能的影响;研究电磁搅拌对TiB2颗粒增强钢中初生和共晶TiB2颗粒分布、形貌及力学性能的影响。得到以下主要结论:（1）通过设计一种阶梯形铜模实现不同冷却速率的凝固,研究不同冷却速率对铁基体中初生TiB2颗粒分布的影响。当铸锭厚度为1 mm时,初生TiB2颗粒尺寸约为3 μm且弥散分布在铁基体中;铸锭厚度为5 mm时,初生TiB2颗粒尺寸约为8 μm并发生团聚情况;铸锭厚度为40 mm时,初生TiB2颗粒尺寸约为15 μm且团聚情况严重。（2）添加1wt%稀土元素（Ce和La）能够有效细化TiB2颗粒增强钢中初生TiB2颗粒、增大初生颗粒数目,抑制初生TiB2颗粒偏聚;在TiB2颗粒中稀土元素Ce和La以氧化物的形式存在,使TiB2颗粒形貌产生明显变化,稀土元素Ce使TiB2颗粒呈多边形并团聚形成圆形团聚物;稀土元素La使TiB2颗粒呈近球形。未添加稀土的试样硬度约为52.5 HRC;添加稀土元素Ce后,试样硬度为56.3 HRC;添加稀土元素La后,试样硬度为55.7HRC。（3）锻造前TiB2颗粒增强钢试样拉伸断口中发现大量的解理台阶,拉伸强度约为520MPa,延伸率约为3%;锻造后试样拉伸断口中发现大量深浅不一的韧窝,试样的拉伸强度和断后延伸率提高。添加稀土元素Ce和La后,试样的拉伸强度和断后延伸率得到近一步提高。（4）电磁搅拌有效地细化了 TiB2颗粒增强钢中初生及共晶的TiB2颗粒。未施加电磁搅拌时,初生TiB2颗粒尺寸约为35 μm且团聚较为严重,试样硬度约为52 HRC;电流强度在300 A以上,初生TiB2颗粒尺寸约为18 μm且分布较为均匀,试样硬度约为55 HRC。
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