Al-CR-Fe-NI-M系多相高熵合金微觀組織與力學(xué)性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、多主元高熵合金打破了傳統(tǒng)合金以一種或兩種元素為主的設(shè)計(jì)理念，而是采用多種主元的一類新興合金。由多種主元組成的高熵合金具有高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、遲緩擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)等一系列特性，使其可擁有優(yōu)異的物理、化學(xué)及力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、高的低溫韌性等，因而具有潛在的廣闊工業(yè)應(yīng)用前景和重要的理論研究?jī)r(jià)值。
　　本文以Al-Cr-Fe-Ni-M(M為Co、Mo、V、W)合金系為研究對(duì)象，通過(guò)各種組織分析方法，系

2、統(tǒng)地研究了不同元素對(duì)Al-Cr-Fe-Ni-M合金系組織演化的影響規(guī)律，并探討了不同相組成對(duì)合金力學(xué)性能的影響機(jī)制?；赿軌道能級(jí)參數(shù)，建立了可成功預(yù)測(cè)高熵合金中拓?fù)涿芘畔?TCP)的穩(wěn)定性模型，并結(jié)合多相固溶體高熵合金形成規(guī)律，設(shè)計(jì)并制備出了壓縮強(qiáng)度大于3GPa及目前鑄態(tài)拉伸屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度最高的高強(qiáng)高塑多主元高熵合金，本文主要結(jié)論如下:
　　1)基于原子半徑差異(ΔR)、混合焓(ΔH)、電子濃度(VEC)和電負(fù)性差異(Δx)

3、預(yù)測(cè)參數(shù)模型，系統(tǒng)地研究了多相固溶體高熵合金的形成規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，含有多相FCC固溶體的高熵合金應(yīng)滿足:ΔR≤4.9％，-5.9 kJ·mol-1≤ΔH≤3.2kJ·mol-1，VEC≥8.2，ΔxPauling≤12.2％，ΔxAllen≤10.6％;含有多相FCC、BCC混合固溶體的高熵合金應(yīng)滿足:4.7％≤ΔR≤6.2％,-13.1 kJ·mol-1≤ΔH≤-2.7kJ·mol-1,7.1≤VEC≤8.2,ΔxPauling≤14

4、.6％,ΔxAllen≤16％;含有多相BCC固溶體高熵合金應(yīng)滿足:ΔR≤7.1％，-22.8kJ·mol-1≤ΔH≤0.3kJ·mol-1，VEC≤7.5,ΔxAllen≤16.6％。
　　2)建立了適用于高熵合金的d軌道能級(jí)模型，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)高熵合金中拓?fù)涿芘?TCP)相的預(yù)測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)在以Co、Fe、Ni為主要元素并形成TCP相的高熵合金體系中，若基體具有FCC結(jié)構(gòu)，則當(dāng)Md大于0.9時(shí)，易于形成TCP相;若基體為BCC結(jié)

5、構(gòu)，則當(dāng)Md大于1.09時(shí)，傾向形成TCP相。
　　3)在AlCrFeNiMox合金系中，AlCrFeNiMo0.2合金為富FeCr的BCC固溶體相與富NiAl的B2金屬間化合物相的雙相層片狀共晶合金。Mo元素的固溶強(qiáng)化、第二相的析出及超細(xì)的共晶組織使AlCrFeNiMo0.2合金展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，其壓縮屈服強(qiáng)度(σy)高達(dá)1487.4MPa，斷裂強(qiáng)度(σb)高達(dá)3222MPa，塑性應(yīng)變率(εp)28.7％。
　　4)V

6、元素改性AlCoCrFeNi后的高熵合金，BCC相與B2有序相的組合形態(tài)發(fā)生變化，編織狀調(diào)幅組織逐漸消失，BCC相以顆粒形態(tài)彌散地分布在B2相的基體上。隨著V元素在AlCoCrFeNiVx合金中含量的增加，由于固溶強(qiáng)化作用，合金的硬度與屈服強(qiáng)度逐漸升高。其中，AlCoCrFeNiV0.2合金表現(xiàn)出最優(yōu)異的力學(xué)性能，其壓縮屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和塑性應(yīng)變量分別高達(dá)1492.4MPa、3297.8MPa和26.8％，是目前報(bào)道的常溫下壓縮強(qiáng)度最

7、高的幾個(gè)高熵合金之一。
　　5)AlCoCrFeNi2Wx合金系由初生BCC相+共晶FCC/BCC相組成。W元素的添加將增加初生BCC相的體積分?jǐn)?shù)，并改變BCC相中FCCⅡ相的析出形態(tài)。FCC/BCC的共晶復(fù)合強(qiáng)化效應(yīng)、FCCⅡ相的析出及多元素間的固溶強(qiáng)化作用使AlCoCrFeNi2合金具有優(yōu)異的靜態(tài)拉伸性能，工程斷裂強(qiáng)度和延伸率分別為853MPa和15.3％，并表現(xiàn)出了良好的鑄造流動(dòng)性。
　　6)在高熵合金設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下

8、，采用相近化學(xué)元素替代的方法，設(shè)計(jì)出具有超細(xì)的面條狀FCC相、連續(xù)的網(wǎng)狀B2相和顆粒狀的BCC相組成的AlCrFe2Ni2合金。在普通鑄造條件下該合金便可以獲得超細(xì)的微觀組織，F(xiàn)CC+BCC/B2的復(fù)合強(qiáng)化效應(yīng)使AlCrFe2Ni2合金在鑄態(tài)下便可同時(shí)具有較高的拉伸屈服強(qiáng)度(780MPa)、斷裂強(qiáng)度(1228MPa)和延伸率(17％)。該合金是目前鑄態(tài)高熵晶體合金中屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度最高的高強(qiáng)高塑合金，并展現(xiàn)了良好的鑄造流動(dòng)性，具有潛在