FeMnNiCr中熵合金强韧化研究

来源 :河北工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kyleSun81
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通过合理的成分设计及制备加工工艺,FCC结构的中/高熵合金可表现出了优异的力学性能。然而,贵重金属Co元素的添加,提高了FCC中/高熵合金的价格,这非常不利于其在工程中的应用。因此,单相FCC结构无Co中/高熵合金(HEAs/MEAs)因其卓越的室温/低温力学性能和相对较低的成本而被广泛研究。其中,Fe50Mn25Ni10Cr15即是一种典型的低成本、高性能中熵合金。然而,其屈服强度却偏低,从而导致合金的早期形变失效,这不利于充分利用材料的强度指标。本文主要采用原位生成第二相颗粒和构建梯度位错结构对Fe50Mn25Ni10Cr15进行了强韧化研究,以期获得强韧性配合良好的中熵合金。得到的主要结果如下:(1)通过真空熔炼炉原位反应在无钴Fe50Mn25Ni10Cr15中熵合金中生成Ti C第二相,制备得到了Ti C增强的(Fe50Mn25Ni10Cr15)100-x(Ti C)x(x=0,1.5,1.0 1.5,at.%)中熵合金,并经过轧制和再结晶退火处理。结果表明,当添加0.5 at.%Ti C时,Fe50Mn25Ni10Cr15中熵合金的室温屈服强度从250 MPa提升至452 MPa,提升了80%,同时拥有45.7%的断后伸长率;液氮温度下合金屈服强度达649 MPa,抗拉强度达1135 MPa,断后伸长率为72%,室温和低温下均表现出优异的强度-塑性匹配关系。细晶强化、第二相强化和位错强化是合金屈服强度提升的主要原因,优异的塑性则来源于TWIP效应。(2)采用喷丸的方法在无钴Fe50Mn25Ni10Cr15中熵合金表面制备了梯度结构来提升其屈服强度。结果显示,轻度喷丸试样的强度在370 MPa(±10 MPa),屈服强度提升了54.17%;剧烈喷丸试样屈服强度提高到了430 MPa(±10 MPa),屈服强度与原始样相比提升了79.17%。经喷丸后,表面组织位错/孪晶增加、晶粒尺寸细化、晶格发生畸变等,且随着深度的增加,呈现出了梯度结构特征,协同强化效应促使了屈服强度升高。(3)利用扭转变形在无钴Fe50Mn25Ni10Cr15中熵合金中构建了梯度组织结构。力学性能结果表明,扭转前试样屈服强度约305 MPa,断后伸长率~28.67%;而经过45°扭转后试样屈服强度达~415 MPa,断后伸长率~27.73%;经过90°扭转后屈服强度~496 MPa,断后伸长率~24%;而经过180°扭转的试样最大屈服强度达606MPa。梯度结构是屈服强度提高的原因。
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