摘要
颗粒增强钢将某种或某几种陶瓷相作为增强相通过外部引入或化学反应原位生成的方法引入到钢基体中，具有高模量、低密度、高硬度及高耐磨性的特点，且以铁为基体具有可靠的塑性和延伸率。颗粒增强钢利用铁的相变及后续热处理来调控机械性能，生产成本低，在轻质、高刚度的材料应用领域具有广阔的发展前景。 本研究采用真空电弧熔炼工艺制备了Fe-TiB2基颗粒增强钢，借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）、显微硬度仪等分析测试手段，详细分析了亚快速冷却速度、成分组成和制备方式对TiB2颗粒的析出规律及合金性能的影响。课题研究内容和得到的主要结论如下： （1）研究了冷却速度对Fe-TiB2颗粒增强钢陶瓷颗粒的原位析出规律的影响，结果表明：Fe-TiB2钢的铸造组织为α-Fe和TiB2两相组织。亚快速冷却条件下，TiB2相不能完全析出。初生TiB2陶瓷相为粗大的带尖角块状颗粒，共晶TiB2陶瓷相为细小、不规则条状形貌。初生TiB2陶瓷相体积分数随冷却速度的降低而降低，共晶TiB2陶瓷相的体积分数随之增加。 （2）详细研究了成分组成对陶瓷颗粒相原位析出的影响规律。通过改变Ni含量制备了Fe-Ni-Ti-B四元系陶瓷颗粒钢。Fe-Ni-TiB2钢仍为α-Fe和TiB2两相组织，但TiB2陶瓷颗粒强化相为蠕虫状和不规则多边形块状形貌。5Ni和15Ni样品中初生TiB2颗粒形貌为无锋利锐角，更加圆滑的多边形状，10Ni样品TiB2陶瓷颗粒主要以条状和蠕虫状共晶颗粒形式存在。 （3）Fe-Ti-B三元系钢铸造过程中存在δ-Fe铁素体和TiB2初生相的先共晶相变过程，Fe-Ni-Ti-B四元系钢中的Ni则抑制了初生TiB2相及δ-Fe铁素体的高温析出，促进了γ-Fe和TiB2共晶转变，因而形成了铁素体基体+多边形/蠕虫状颗粒的微观组织特征。 （4）采用外部引入方法制备了Fe-TiB2颗粒增强钢，对比分析了外部引入与原位形成两种制备方法对TiB2相析出规律的影响。结果表明：外部引入方法制备的Fe-TiB2钢中TiB2颗粒呈现不规则类球状，基体组织发生变化，边缘区有大量细化硬质基体而心部基体较为粗大且含量较低。随冷却速度降低，外部引入制备的Fe-TiB2颗粒增强钢陶瓷相颗粒平均尺寸小幅增加，颗粒尺寸分布集中，颗粒相体积分数小幅上升。
NETL