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(jìn)行熱處理。然后采用光學(xué)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(jī)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(dāng)x≤0.3時合金的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)；當(dāng)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(dāng)x≤0.2時金相組織為胞狀樹枝晶；當(dāng)x=0.3時金相組織為轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢顦渲В划?dāng)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(qiáng)度和塑性，當(dāng)x≥0.3時合金的強(qiáng)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(qiáng)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(xué)性能最佳的合金為Al0.4CoCrFeNiC0.05，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(qiáng)度和塑性得到改善；當(dāng)x≥0.1時，產(chǎn)生新相M7C3，合金的強(qiáng)度升高，塑性降低。且隨著C元素含量的增加，碳化物由細(xì)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(qiáng)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(qiáng)度隨C含量的增加而升高，塑性則小幅度的降低。綜合力學(xué)性能最佳的合金為CoFeNiMnC0.2，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別