冷轧和退火对CoCrFeNiMnCX高熵合金组织和力学性能的影响

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单一面心立方结构的高熵合金具有物相简单、热力学稳定和优异的拉伸塑性等优点,在工程领域中展现出极大的应用潜力。但是,单一面心立方结构高熵合金的强度和硬度较低,极大地限制了其在工程领域的广泛应用。常用的冷加工处理可有效提高合金的强度,但同时会恶化其塑性,且冷加工合金在高温下会发生回复和再结晶,导致合金力学性能发生部分或完全回复。因此,寻求有效的强化手段,在实现合金强化的同时提高其再结晶抗力,具有重要的理论和实际意义,本论文拟采用间隙碳元素掺杂结合冷轧变形和热处理的策略,调控合金中晶粒和第二相的尺寸及分布,在不显著降低合金塑性的同时提高强度,提高合金的综合力学性能和再结晶抗力,揭示其强化及回复和再结晶机制,通过非自耗真空电弧炉制备了CoCrFeNiMnCx(x=0,0.5,1.0,1.5at.%)高熵合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析仪(EDS)、维氏硬度计和万能电子试验机等研究了冷轧和退火对CoCrFeNiMnCx合金的组织与力学性能的影响,主要研究结果如下:(1)CoCrFeNiMnCx高熵合金铸态下呈典型的树枝晶组织,晶体结构为单一的FCC结构;合金经1100℃/1h均匀化处理后,枝晶消失,形成等轴晶,物相未发生改变。(2)冷轧不会引起CoCrFeNiMnCx合金发生相变,但会在合金晶内形成胞状亚结构,且随着冷轧量的增加,亚结构尺寸减小,数量增多。特别是合金经90%冷轧后,合金中形成了纳米晶结构。(3)CoCrFeNiMn-1at.%C合金屈服强度由均匀化态的210MPa增加至90%冷轧态的1670MPa,提高了约7倍。合金硬度和屈服强度增量与冷轧真应变之间满足Hollomon关系。(4)90%冷轧态CoCrFeNiMn CX经575℃、615℃、700℃退火处理后不会产生相变,但发生了不同程度的回复和再结晶现象,其中,不掺杂C的合金经575℃、615℃、700℃退火1h后,再结晶晶粒占比分别为31.3%、74.6%、90%,而掺杂1at.%C的高熵合金再结晶晶粒占比分别为5.6%、21.7%、78.1%,掺杂1at.%C提高了合金的再结晶温度约85℃。(5)间隙碳原子固溶于合金中。不掺碳合金回复初期阶段主要与空位迁移有关,回复激活能约为122.5k J/mol。掺杂1at.%C合金回复初期阶段主要与空位和间隙C原子的迁移为主,回复激活能约为177k J/mol。两种合金在回复中后期阶段的回复激活能和合金中置换原子的自扩散激活能相当,其回复机制可能以位错攀移为主。
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