CrNbMoWVx难熔高熵合金的制备、组织与性能研究

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难熔高熵合金具有独特的结构以及性能,有望作为高温材料应用于航空航天等领域,故受到广泛关注。本文采用机械合金化结合放电等离子烧结技术制备出CrNbMoWVx(x=0.4,0.5,0.6,0.7,0.8)难熔高熵合金,采用XRD、SEM、TEM、力学性能测试等手段对合金的组织结构、力学性能进行了表征,研究了V含量和制备工艺对合金性能的影响规律、强化效果及机理。得到如下主要结论:1、利用高能球磨机将高纯的Cr、V、Nb、Mo和W金属粉末进行机械合金化,金属粉末经36 h球磨处理后,呈现单相BCC结构的固溶体。此外,球磨过程中元素的固溶顺序与金属元素的熔点有关,低熔点元素先进行固溶。固溶顺序为V、Cr、Nb、Mo、W,最后形成均匀单相BCC结构CrNbMoWVx(x=0.4~0.8)难熔高熵合金粉体。2、研究发现,CrNbMoWVx(x=0.4~0.8)难熔高熵合金粉体在1400℃条件下进行SPS烧结获得的块体由BCC结构的基体相、Laves相和氧化物组成。其中Laves相为Cr、Nb和杂质Fe组成的C14型结构;氧化物为V、Nb和O元素构成的复杂氧化物(Nb,V)O。由于Laves相和复杂氧化物的析出,造成基体中Cr、V和Nb元素含量低于名义成分。3、通过研究V含量对合金相形成和力学性能的影响,发现当V含量为0.7时、球磨36 h和1400℃条件下烧结获得的CrNbMoWV0.7难熔高熵合金的析出相含量最少,基体相含量最高,基体相所占百分比为78.4%。此条件下的合金力学性能最佳:屈服强度为3015 MPa、断裂强度为3174 MPa、断裂应变为15.2%、维氏硬度为874 HV。断口形貌观察发现,合金断口形貌呈冰糖状,为脆性断裂。通过计算合金的强化机制贡献值发现:固溶强化效果对合金强度贡献最大。4、通过研究制备工艺对CrNbMoWV0.7难熔高熵合金性能影响,发现,在1300℃、1400℃和1500℃烧结温度下进行烧结,CrNbMoWV0.7难熔高熵合金在1400℃条件获得最优力学性能,随着烧结温度的升高,合金断裂从沿晶断裂转变成准解理断裂;当金属粉末经机械合金化后均可形成BCC结构的过饱和固溶体,而且球磨时间的增加能使CrNbMoWV0.7难熔高熵合金粉体颗粒发生细化,晶粒从8.01 nm细化至5.11 nm。难熔合金的压缩强度随球磨时间的增加呈先增后减趋势。球磨时间为46 h时,合金的屈服强度高达3352 MPa、断裂强度高达3395MPa、断裂应变为9.6%。不同球磨时间的CrNbMoWV0.7难熔高熵合金均为沿晶脆性断裂。
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