Al-Cr-Fe-Ni-Mo系多相高熵合金组织及力学性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:datang0826
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与传统合金由12种主要组元构成不同,近些年发展的高熵合金包含5种或5种以上组元,且每种组元含量在5%35%之间。这一新颖的设计理念为冶金发展提供了新的研究方向,并为合金成分设计提供了广阔的空间。目前已研究的高熵合金体系有成百上千种,其中合金的强度和塑性大多难以实现良好的匹配。FCC金属具有良好的塑性但强度太低,BCC金属则刚好与之相反,金属间化合物的析出及其在合金中的分布对合金的强塑性影响不尽相同。因此有必要对多相高熵合金的组织配比及力学性能展开研究。本文主要设计了AlCrFe2Ni2(Mo,Nb)x,AlxCrFe2Ni2Mo0.2两个系列高熵合金,通过X射线衍射,扫描电镜,电子探针等检测技术对合金的组织进行了检测分析,并对合金进行了压缩、拉伸及硬度测试,得出如下结论:(1)在AlCrFe2Ni2Mox合金系中,随着Mo元素添加,合金在原来的FCC+BCC(B2)相基础上析出了FeCrMo型σ相,且BCC相的含量逐渐增加。该系列合金的硬度在σ相析出前呈一次函数变化,之后出现上下波动。随着Mo元素的添加,合金的压缩屈服强度呈现上升趋势。选择压缩综合性能较好的AlCrFe2Ni2Mo0.2进行拉伸测试发现,合金屈服强度和断裂强度分别高达919 MPa和1495 MPa,但延伸率仅为6.7%。(2)AlCrFe2Ni2Nbx合金系主要由AlNi BCC相,FeCr FCC相和(Fe,Cr)2Nb Laves相构成,随着Nb元素的添加,合金中Laves相含量和共晶组织明显增加。合金系的硬度在x=0.2之前增长较陡,而在x大于0.2之后,呈y=271.79x+415.32型一次函数增长,且增长相对较缓。随着Nb元素添加,合金的压缩屈服强度从989.1MPa增加至1824.7MPa。AlCrFe2Ni2Nb0.1压缩断裂强度最高,达到2946.6MPa。且其表现出最好的压缩率,为43.3%。(3)AlxCrFe2Ni2Mo0.2合金系具备双相FCC+BCC结构,其凝固形貌由枝晶变为柱状晶再变为枝晶。随着Al含量的提高,BCC相体积分数增加,组织更加细密。Al0.9CrFe2Ni2Mo0.2合金中遍布编织网状组织,其最小相宽大约为200nm。拉伸结果显示合金的屈服强度从341 MPa增加至675 MPa,延伸率从51%下降至8%。Al0.8CrFe2Ni2Mo0.2和Al0.9CrFe2Ni2Mo0.2中增加的两相界面及固溶强化增加了位错阻力从而提升二者强度。(4)AlxCrFe2Ni2Mo0.2合金应变硬化速率从x=0.6到x=0.9呈上升趋势,其中Al0.6CrFe2Ni2Mo0.2拥有最稳定的应变硬化速率。Al0.6CrFe2Ni2Mo0.2及Al0.7CrFe2Ni2Mo0.2在变形过程中硬化能力得到提高,而Al0.8CrFe2Ni2Mo0.2和Al0.9CrFe2Ni2Mo0.2合金具备稳定的加工硬化指数,即应变硬化能力不变。加工硬化能力的提高使Al0.6CrFe2Ni2Mo0.2的强塑积高达38.6 GPa%,优于大部分已报道的铸态高熵合金。
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