题目：铝热-快速凝固工艺制备FeNiCr/NiAl-TiC复合材料力学性能研究

铁铬铝合金具有优良的抗氧化性能，作为电热材料可在900℃以上温度长时间使用，但其高温力学性能较差，目前还不能作为高温结构材料使用。为了提高铁素体合金的高温力学性能，本文利用铝热-快速凝固工艺制备出了原位形成的高体积分数NiAl相以及原位形成的TiC陶瓷相共同增强的铁基复合材料。利用Thermo-Calc热力学分析软件，分析了铝热反应过程的绝热温度、生成物的平衡相组成以及Ni、Cr、Al等元素对生成物平衡相组成的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪分析了该复合材料的显微结构。同时对该复合材料经不同温度时效处理后的组织结构稳定性及力学性能进行了分析。热力学计算表明，所选铝热剂体系绝热温度在5000K以上，反应后在室温下的平衡产物包括σ-FeCr、α-FeNiCr、NiAl和TiC。铝热-快速凝固工艺制备的FeNiCr/NiAl-TiC复合材料显微结构分析表明：该复合材料主要由α-FeNiCr固溶体、TiC和NiAl三相组成，与热力学计算结果基本吻合；NiAl相晶粒细小，尺寸在50-100nm范围内，与基体FeNiCr界面共格；TiC呈多边形均匀分布在合金基体中，晶粒尺寸约在1-3µm范围内；时效温度低于600℃时，FeNiCr/NiAl-TiC复合材料组织稳定。力学性能分析表明，FeNiCr/NiAl-TiC复合材料断裂韧性值KIC为21.97MPa•m1/2，拉伸强度为721MPa。在500-600℃温度区间时效，KIC值最高，约为31.8MPa•m1/2，此时强度也最高，达到最大值913MPa，这主要是由于在此温度范围内基体中析出更弥散细小的NiAl相。在650℃以上时效快冷后，有少量α-FeNiCr相转变为针状马氏体组织，此外，晶界处还有少量Cr7C3型碳化物形成，这些都导致材料韧性、强度降低，在700℃时效下分别为22.98MPa•m1/2和263MPa。在750-900℃温度范围内时效，断裂韧性值有所降低，其数值稳定在19MPa•m1/2左右，而强度值有所回升，在900℃时效下为563MPa，基体中有板条状γ-FeNiCr及σ-FeCr相形成。本文的研究结果表明铝热-快速凝固法是制备难熔合金材料的有效方法之一，该方法能有效利用纳米相强化与陶瓷相强化机制，获得综合性能优异的复合材料。