Al和C對FCC高熵合金組織和性能的影響.pdf

1、高熵合金的設(shè)計理念相對于傳統(tǒng)的多元合金來說是一種創(chuàng)新性的突破，通常主元元素種類不少于五種，每種元素的含量不少于5％且不超過35%，因此擁有與傳統(tǒng)合金不同的組織和性能。高熵合金各元素之間起協(xié)同作用，故每種元素的種類和含量的變化都會引起高熵合金組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化。因此通過調(diào)整合金元素的種類和含量得到高性能高熵合金，具有特別重要的理論和實踐意義。本文采用真空電弧熔煉爐和銅模澆鑄法制備了AlxFeCrCoNi(Cy)、CoCrFeNiMnC

2、x和CoFeNiMnCx系高熵合金，同時采用真空管式熱處理爐進行熱處理。然后采用光學顯微鏡、XRD衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡分析了Al和C元素對FCC高熵合金的相結(jié)構(gòu)和微觀組織的影響。其次采用顯微硬度儀和電子萬能試驗機測試了合金的維氏硬度和拉伸性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在AlxFeCrCoNi(Cy)系高熵合金中，隨著Al元素含量的增加，當x≤0.3時合金的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)；當x=0.4開始出現(xiàn)BCC相，BCC相隨A

3、l元素含量的增加而增加。當x≤0.2時金相組織為胞狀樹枝晶；當x=0.3時金相組織為轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢顦渲?；當x≥0.4時金相組織為等軸樹枝晶。在1100℃保溫24h熱處理后，在 AlxFeCrCoNi（x=0.4,0.5）系高熵合金的晶內(nèi)出現(xiàn)大量針狀BCC相。少量Al元素的添加會同時提高合金強度和塑性，當x≥0.3時合金的強度升高但塑性降低。此外，隨著C元素的添加，合金產(chǎn)生新相 M7C3，提高強度的同時降低塑性。C元素可以提高 Al原子在A

4、lxFeCrCoNi(Cy)系高熵合金中的固溶度。綜合力學性能最佳的合金為Al0.4CoCrFeNiC0.05，其屈服強度、抗拉強度和延伸率分別為330MPa、621MPa和56%。⑵在CoCrFeNiMnCx系高熵合金中，少量C元素的添加（x≤0.05），合金的晶體結(jié)構(gòu)仍然為FCC，合金的強度和塑性得到改善；當x≥0.1時，產(chǎn)生新相M7C3，合金的強度升高，塑性降低。且隨著C元素含量的增加，碳化物由細桿狀變?yōu)槠瑺?，分布于晶界或者晶界?/p>

5、邊。CoCrFeNiMnC0.05合金在高應(yīng)變下會出現(xiàn)大量納米級變形孿晶。微量C元素可以使由位錯滑移主導(dǎo)的塑性變形過渡為由位錯滑移和孿晶組成的混合變形模式。熱處理后，合金會出現(xiàn)新相M23C6，合金強度和塑性降低。⑶在CoFeNiMnCx系高熵合金中，隨著C元素的添加，點陣常數(shù)升高，但合金的晶體結(jié)構(gòu)依然為FCC。強度隨C含量的增加而升高，塑性則小幅度的降低。綜合力學性能最佳的合金為CoFeNiMnC0.2，其屈服強度、抗拉強度和延伸率分別