【摘 要】
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轻质高熵合金具有强度硬度高、耐磨性和耐腐蚀性好等优异性能,在轨道交通轻量化、高速化等方面具有广泛的应用前景,然而在铸造轻质高熵合金中易产生粗大枝晶组织、成分不均匀和高孔隙率等缺陷,使其塑性低,造成塑性变形难而成形难。针对轻质高熵合金低塑性成形难的问题,本文利用半固态成形变形抗力低,流动性好的特点实现低塑性轻质高熵合金的成形。本文以Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金为研究对象,
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轻质高熵合金具有强度硬度高、耐磨性和耐腐蚀性好等优异性能,在轨道交通轻量化、高速化等方面具有广泛的应用前景,然而在铸造轻质高熵合金中易产生粗大枝晶组织、成分不均匀和高孔隙率等缺陷,使其塑性低,造成塑性变形难而成形难。针对轻质高熵合金低塑性成形难的问题,本文利用半固态成形变形抗力低,流动性好的特点实现低塑性轻质高熵合金的成形。本文以Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金为研究对象,利用等温热处理法（SSIT）和再结晶重熔法（RAP）法制备出半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金坯料,研究了预变形量、保温温度和保温时间对Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金的半固态组织演变影响,分析了演变机制。对比研究了两种不同工艺制备的Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金与铸态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金力学性能、腐蚀性能和氧化性能。采用Gleeble-3500热模拟机对等温热处理法（SSIT）获得的半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金进行单向等温压缩实验,分析了不同工艺参数条件下半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金单向热压缩变形的真应力-应变曲线,建立了峰值应力方程和稳态流动应力方程,绘制了变形量为60%的热加工图,并观察了压缩后试样的显微组织,探究了Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金半固态触变行为变形机制。获得如下结果:（1）在等温温度为430℃,等温时间为25 min时,等温热处理法（SSIT）制备的半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金,晶粒尺寸最小为21.82μm,圆整度最好达到0.92,液相率大约为30%。当预变形量为30%,等温温度为430℃,等温时间为20 min时,再结晶重熔法（RAP）法制备的半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金,晶粒尺寸最小为22μm,圆整度最高为0.88。（2）在半固态等温热处理（SSIT）过程中,半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金组织演变机制为枝晶由熔断到球化,再到合并。再结晶重熔法（RAP）制备半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金的组织球化机制为枝晶熔断机制及液相沿亚晶界的熔渗机制。（3）SSIT法和RAP法制备的半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金力学性能高于铸态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金,SSIT法制备的半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金在430℃保温20 min时,硬度值最大为153 HV。RAP法制备的半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金抗拉强度为169 Mpa,比铸态提高了50%。通过极化曲线、阻抗图与腐蚀形貌的对比发现半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金的耐腐蚀性优于铸态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金。在合金抗氧化性能方面,100℃时和300℃时,铸态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金与半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金抗氧化性能相似,但在400℃高温氧化时,半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金在前一阶段,氧化速率符合抛物线规律,但是随着时间的延长,达到后一阶段,氧化速率符合线性规律。（4）半固态区变形的Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金真实应力-应变曲线分为加工硬化区、变形抗力下降区和稳定流动区三个阶段。变形温度与峰值应力成反比,应变速率与峰值应力成正比。半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金的峰值应力模型为:1（-2fL）5.612（28）1.047′1057[sinh（0.0696s）]2.949exp(-RT776898),半固态Al15Mg45Li39Ca0.5Si0.5轻质高熵合金的稳态流动应力的本构方程为:s（28）e0-.166×e（5）0.251×exp（1269/T-0.004）×1（-2fL）2.179。绘制变形量为60%的热加工图,发现当温度为440℃,应变速率为5 s-1时,易出现失稳区。
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