【摘 要】
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碳化物增强钢铁基复合材料兼具高硬度、高模量、高熔点增强相和三维连续基体的优点,在矿山、冶金、电力等领域有广阔的应用前景。但是,不可控制的增强相/基体界面结合状态以及难以逾越的复合材料强/韧倒置关系,限制了碳化物增强钢铁基复合材料力学性能的改善和提升。本文基于颗粒载荷传递强化和裂纹偏转韧化基本理论,采用近共晶温度热压烧结的方法设计并制备Ti@TiCP核壳颗粒增强铁基复合材料（Ti@TiCP-IMCs
【基金项目】
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国家自然科学基金联合基金项目（U20A20235）； 国家自然科学基金面上基金项目（51974242）；
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碳化物增强钢铁基复合材料兼具高硬度、高模量、高熔点增强相和三维连续基体的优点,在矿山、冶金、电力等领域有广阔的应用前景。但是,不可控制的增强相/基体界面结合状态以及难以逾越的复合材料强/韧倒置关系,限制了碳化物增强钢铁基复合材料力学性能的改善和提升。本文基于颗粒载荷传递强化和裂纹偏转韧化基本理论,采用近共晶温度热压烧结的方法设计并制备Ti@TiCP核壳颗粒增强铁基复合材料（Ti@TiCP-IMCs）,借助SEM、EDS、XRD、纳米压痕仪以及材料力学万能试验机等手段,系统研究Ti@TiCP核壳颗粒增强体的形成过程和机理、C含量以及Ti@TiCP核壳颗粒含量等对复合材料组织和性能的影响,并通过分析不同载荷状态下的断裂行为,结合断口形貌,探究Ti@TiCP-IMCs的强韧化机制。主要研究结果有:（1）复合材料由Ti@TiCP核壳颗粒和铁基体组成,Ti@TiCP核壳颗粒在基体中的分布比较均匀,复合材料主要含有TiC、α-Ti、β-Ti、α-Fe和Fe3C相,随着C含量的增加,α-Ti和β-Ti的含量逐渐降低,Fe3C和TiC的含量逐渐升高。随着C含量的增加,核壳颗粒中的TiC壳层逐渐变厚、Ti核逐渐变小。Fe-Ti-C三元体系中,在化学位梯度驱动下,C原子扩散到β-Ti八面体间隙中,通过扩散型固态相变在Ti核表面形成TiC。（2）复合材料中纳米硬度的大小依次为TiC壳层＞α-Ti＞β-Ti＞基体。随着C含量增加,复合材料的抗压强度和抗拉强度先升高后降低,应变一直下降,C含量为2.4wt.%的复合材料抗压强度和抗拉强度均达到最大值,分别为971 MPa和466 MPa。低C含量下复合材料表现为韧性断裂,高C含量下复合材料表现为准解理断裂。（3）随着复合材料中Ti@TiCP核壳颗粒含量的增加,其聚集程度增加。30vol.%Ti@TiCP-IMCs的抗拉强度和屈服强度较高,分别为462 MPa和448 MPa,10vol.%Ti@TiCP-IMCs达到最高7.05%的伸长率。复合材料的强化机制主要有载荷传递强化、位错强化以及固溶强化;韧化机制为裂纹尖端钝化、裂纹偏转和二次裂纹的增殖。
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