论文部分内容阅读
本文采用燃烧合成技术结合固态相变在Fe-Ni合金中获得纳米板条或纳米孪晶马氏体结构，系统研究了合金的相组成和组织结构，以及它们对材料力学和摩擦学性能的影响。取得的主要结果和结论如下:
1.采用燃烧合成熔化技术制备了Fe100-xNix(x=5-40 at.％)合金，其力学性能与相组成及组织结构密切相关。其中，Fe85Ni15合金完全由纳米板条组成，其屈服强度最高达1300 MPa。Ni含量从20％增加到30％，由于Ni对奥氏体相的稳定化作用，导致合金中马氏体相减少，奥氏体相增加，所以合金强度快速降低。同时，和传统熔炼法制备的同成分Fe-Ni合金相比，燃烧合成所制备Fe-Ni合金的强度显著提高。
2.Ni含量从20％增加到30％，Fe-Ni合金中马氏体含量逐渐降低，奥氏体含量逐渐提高。在干摩擦条件下，由80％马氏体和20％奥氏体组成的Fe77Ni23合金兼备较高硬度和良好的塑性，耐磨性能最好。完全由马氏体组成的Fe80Ni20合金硬度高，承载能力强，但是脆性断裂迹象明显。完全由奥氏体组成的Fe70Ni30合金硬度最低，剥落和塑性形变严重。
3.Fe75Ni25合金通过冷处理(-80℃)和深冷处理(-196℃)，马氏体含量从58％分别提高到70％和83％，硬度从1.7 GPa分别提高到2.7和3.3 GPa，屈服强度从690 MPa分别提高到733和1027 MPa。由于硬度和强度的提高，可以有效抑制犁沟、塑性形变以及剥落等的发生，所以冷处理和深冷处理可以提高Fe75Ni25合金干摩擦条件下的耐磨性能。
4.深冷处理(-196℃)促进Fe70Ni30合金中生成爆发形核的马氏体组织，其亚结构是纳米尺寸的孪晶。由于纳米孪晶马氏体的生成，深冷处理后Fe70Ni30合金硬度从1.4 GPa提高到2.4 GPa，屈服强度从200 MPa提高到700 MPa。深冷处理后，Fe70Ni30合金在干摩擦和油润滑条件下的耐磨性能提高，而且油润滑条件下，孪晶马氏体结构有助于降低Fe70Ni30合金的摩擦系数。
5.纳米板条结构的Fe85Ni15合金500℃时效处理后，硬度从3.8 GPa提高到5.1 GPa，压缩强度从1320 MPa提高到1850 MPa，屈服强度从1200 MPa提高到1570 MPa。硬度和强度的提高主要归功于马氏体板条结构在时效过程中进一步被分割细化。
6.Cu微合金化可以有效提高板条马氏体合金的强度。Fe84Ni15Cu1合金在500℃时效处理后，硬度从3.7 GPa提高到5.2 GPa，压缩强度从1480 MPa提高到2210MPa，屈服强度从1240MPa提高到1860MPa。马氏体板条结构在时效过程中进一步被分割细化，以及纳米Cu析出相的沉淀强化效应是该合金强度和硬度提高的主要原因。