CrMnFeCoNiZr高熵合金熱加工行為及有限元模擬.pdf

1、高熵合金概念的提出突破了傳統(tǒng)合金基于一種或兩種主元的設(shè)計(jì)理念，這種合金通常包含五種或五種以上的主元，且每種主元的摩爾百分?jǐn)?shù)不會(huì)超過35％且不會(huì)低于5％。高熵合金的提出，為材料的設(shè)計(jì)和研發(fā)打開了一扇新的窗戶。高熵合金經(jīng)過合理的成分選擇，能夠同時(shí)具備耐腐蝕、高強(qiáng)度以及耐高溫氧化等多種優(yōu)異的性能。
　　本文通過對(duì)CrMnFeCoNi高熵合金的研究發(fā)現(xiàn)，其HV硬度僅有157.62，高溫(950～1100℃)不同應(yīng)變速率(0.001～0.1

2、s-1)條件下壓縮，最大抗壓縮強(qiáng)度不超過300MPa。為了改善其高溫性能，在CrMnFeCoNi高熵合金中加入相對(duì)原子半徑較大，電負(fù)性相對(duì)較負(fù)的Zr元素，形成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的金屬間化合物相，使其均勻分布于CrMnFeCoNi高熵合金形成的單一結(jié)構(gòu)的FCC固溶體中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CrMnFeCoNiZrx(x=0，0.5，1，2)高熵合金最高HV硬度為794.23，提高了403.89％;高溫(950～1100℃)不同應(yīng)變速率(0.001～0.1s-

3、1)抗壓縮強(qiáng)度最高為690MPa，提高了130％。
　　研究了不同Zr含量的CrMnFeCoNiZrx(x=0，0.5，1，2)高熵合金的相形成規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)x=0時(shí)，相組成為單一結(jié)構(gòu)的FCC固溶體相;x=0.5時(shí)，相組成為FCC固溶體相與FCC的ZrCo2.9化合物相;x=1.0與2.0時(shí)，相組成均為FCC固溶體相與結(jié)構(gòu)為P63的化合物相。
　　根據(jù)動(dòng)態(tài)材料模型(DMM)理論，建立了CrMnFeCoNiZrx(x=0，0.

4、5)高熵合金從真應(yīng)變0.3到0.6所對(duì)應(yīng)的熱加工圖。CrMnFeCoNi高熵合金在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件(950～1100℃，0.001～0.1s-1)下，沒有出現(xiàn)熱加工失穩(wěn)區(qū)，但最適合熱加工的區(qū)域范圍比較小，僅為應(yīng)變率10-1.3～10-1.0所對(duì)應(yīng)的溫度1050～1070℃。CrMnFeCoNiZr0.5高熵合金在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下最優(yōu)熱加工參數(shù)范圍為溫度1020～1090℃對(duì)應(yīng)于應(yīng)變率10-3～10-2.3。
　　根據(jù)不同溫度與應(yīng)變率下的

5、Gleeble等溫?zé)釅嚎s曲線，在Arrhenius雙曲正弦模型的基礎(chǔ)上，建立了CrMnFeCoNiZrx(x=0，0.5)高熵合金本構(gòu)模型，相關(guān)系數(shù)R分別為0.99908和0.99927，平均絕對(duì)相對(duì)誤差A(yù)ARE分別為2.9945％和2.8817％。結(jié)合建立的CrMnFeCoNiZr0.5高熵合金本構(gòu)方程與熱加工圖，對(duì)最適合熱加工的工藝參數(shù)進(jìn)行渦輪盤熱成型有限元數(shù)值模擬，得出渦輪盤熱成型過程中最適合熱加工的變形速率為0.002s-1，對(duì)