颗粒增强铁基复合材料,因其具有高的比强度、比刚度以及优良的耐磨性能等而受到人们越来越多的关注。本文采用双段式电流直加热动态热压烧结工艺制备SiCp/Fe复合材料,研究了烧结的保温温度和保温时间对复合材料性能的影响,并针对粉末冶金法制备颗粒增强铁基复合材料时增强粒子易于偏聚的问题,提出了机械冲击包覆工艺,研究了工艺参数对制备复合材料性能的影响。采用最佳制备工艺,对增强粒子的含量、尺寸以及混合尺寸粒子对SiCp/Fe复合材料组织性能的影响进行了研究。建立了Eshelby等效夹杂颗粒复合体模型和颗粒增强铁基复合材料的有限元三维模型,模拟了SiCp/Fe复合材料的应力-应变曲线,重点研究增强粒子的含量、尺寸以及混合尺寸对复合材料性能的影响,用以分析和解释实验结果。提高烧结的保温温度和延长保温时间利于复合材料的组织致密化,可获得更高性能SiCp/Fe复合材料,但过高的保温温度和过长的保温时间会导致增强粒子与基体严重的界面反应,不利于材料性能进一步提高,实验结果表明,保温温度在1200℃左右,保温时间为250s时,可制备较高性能的复合材料。对机械冲击包覆工艺的研究结果表明,球料比为5：1,行星球磨机转速为225rpm,冲击包覆为120min时,可以避免机械合金化损伤强化粒子,并能实现基体对强化粒子的最佳包覆。与常规粉末混合工艺相比,机械冲击包覆工艺可以显著提高制备复合材料的力学性能,并且增强体含量越高,其改善效果越显著,对于20vol%SiCp/Fe复合材料,其抗拉强度和相对密度分别提高了42.3%和5.5%。增强粒子体积含量由5%增加到20%,SiCp/Fe复合材料的硬度、耐磨性能以及抗拉强度呈现明显的先增加后减小的规律,增强粒子体积含量为10%时,复合材料的以上性能最佳,而复合材料的延伸率随粒子含量的增加保持逐渐降低。显微组织观察表明,在15vol%SiCp/Fe复合材料中开始出现明显的增强粒子团聚,材料中出现较多微观缺陷,因而材料性能降低。增强粒子尺寸对SiCp/Fe复合材料硬度影响较小,而对复合材料耐磨性能有明显影响。增强粒子尺寸由3.5μm增加到,10vol%SiCp/Fe复合材料的耐磨性、强度和塑性都得到提高,继续增大粒子尺寸,复合材料的耐磨性、强度和塑性降低。适当增大粒子尺寸,利于SiCp/Fe复合材料中增强粒子的均匀分布,复合材料性能得到提高,然而尺寸较大粒子的自身强度低,在复合材料承受外加应力时易断裂失效,因此,粒子尺寸太大会降低复合材料的性能。本研究探讨了混合尺寸增强粒子对SiCp/Fe复合材料性能影响的作用,实验结果表明：合理的设计混合尺寸强化粒子,有利于提高铁基复合材料的力学性能,当不同尺寸增强粒子混合配比为1：1时,与粒子尺寸组合13μm+3.5μm,13μm+381μm相比,实验表明由标称粒度为13μm与231μm混合增强SiCp/Fe复合材料的力学性能最佳。增强粒子标称尺寸为13μm与23μm的组合存在一个最佳的质量混合比,增强粒子体积含量10%时,小粒子与大粒子最佳混合比例为2：1,而体积含量为20%时,最佳混合比例为1：1。与13μm单尺寸颗粒增强SiCp/Fe复合材料相比,采用最佳比例混合尺寸粒子增强,10vol%SiCp/Fe复合材料的抗拉强度提高了9.7%,与23μm单尺寸颗粒增强复合材料相比,其抗拉强度提高了38.3%,而相对应的延伸率基本没有变化。混合尺寸粒子优良的增强作用是由于提高了复合材料的相对密度,减少了复合材料内部的缺陷,因而复合材料的抗拉强度获得提高。建立了Eshelby等效夹杂颗粒复合体模型,首次将微观裂纹产生机制引入到Eshelby模型模拟复合材料应力-应变曲线中,提出了基体应变值与复合材料应变值转换的方法,与原模型相比,新模型模拟SiCp/Fe复合材料的应力-应变曲线与实验值符合得到显著改善。模拟结果表明,在复合材料应变过程中,增强粒子受力远大于基体受力,说明增强粒子的载荷分担对于强化SiCp/Fe复合材料起着重要作用。建立了颗粒增强铁基复合材料的有限元三维模型,增强粒子随机分布在单胞模型中,模拟了增强粒子尺寸为7μm, 10μm,20μm和30μm的10vol%SiCp/Fe复合材料的应力-应变曲线。模拟结果表明,增强粒子尺寸的大小对10vol%SiCp/Fe复合材料的屈服强度有明显影响,存在一个临界粒子尺寸,此时复合材料的屈服强度最高,模拟结果对实验结果给出了一个另外的机理因素,说明强化粒子的尺寸变化存在一个最佳有效阻碍基体塑性变形的作用。对比单尺寸粒子增强SiCp/Fe复合材料,混合尺寸粒子有利于载荷从基体向强化粒子的传递,可以有效改善SiCp/Fe复合材料的屈服强度,模拟结果与本研究中的实验结果有很好的对应关系。混合尺寸粒子强化铁基复合材料时,模拟得出不同尺寸增强粒子的混合配比对于粒子的强化效果无显著影响,这与本研究中的实验结果并不一致,说明在SiCp/Fe复合材料的增强机制中,界面的缺陷数量起一定的作用。