深冷处理对AlxCrFe2Ni2高熵合金组织与性能的影响

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自高熵合金这一概念被提出以来,由于其简单的相结构和各方面优异的性能迅速成为国内外学者的研究热点。成分设计、陶瓷相的添加、挤压、轧制以及热处理等常被用于传统合金的研究手段同样成为了高熵合金领域的研究方向。但目前大多高熵合金系所选取的合金元素价格昂贵限制了其应用前景,且作为热处理的分支,被广泛应用于传统合金研究的深冷处理对于高熵合金的作用影响却并未展开研究。本文选取相对成本较低的AlCrFeNi系高熵合金作为研究对象,设计不同Al含量的AlxCrFe2Ni2高熵合金以获得综合性能最佳的一组AlxCrFe2Ni2高熵合金,对其进行不同时间(4、8、12、24、48 h)深冷处理。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、硬度计、电子万能试验机和摩擦磨损试验机等研究了深冷处理对AlxCrFe2Ni2高熵合金组织与性能的影响。研究结果表明:随着Al含量的增加(x=0.2~1.6),AlxCrFe2Ni2高熵合金的晶体结构发生变化:单一FCC相(x≤0.6)、FCC相+BCC相(0.8≤x≤1.0)、单一BCC相(x≥1.2);随着Al含量的增加,合金组织中出现调幅分解组织,逐渐增加,最后完全转变为调幅分解组织;合金组织中元素分布由均匀分布(x<0.6)变为Al、Ni富集于BCC相中,Fe、Cr富集于FCC相中(0.6xCrFe2Ni2高熵合金的维氏硬度呈升高趋势,由105 HV增加到465 HV,在x=1.6时达到最大值升高了342.85%;屈服强度呈升高趋势,由139 MPa增加到1288 MPa,当x≥1.2时室温压缩后合金发生断裂,在x=1.6时达到最大值升高了826.62%。深冷处理后,AlCrFe2Ni2高熵合金的晶体结构未发生改变仍为BCC相+FCC相,但合金中BCC相和B2相的取向发生改变;深冷处理后合金组织中的长条状FCC相发生断裂、变短且更加无序,在深冷处理过程中无序BCC相和B2相相互转化;处理后合金组织中的元素分布并未发生明显变化,依然是Al、Ni富集于BCC相中,Fe、Cr富集于FCC相中。随着深冷处理时间的增加,合金没有发生明显的脆性转变。其维氏硬度、屈服强度及耐磨性均呈先升高后降低的趋势,但均优于铸态合金即深冷处理提高了AlCrFe2Ni2高熵合金的力学性能。在深冷处理时间为4 h获得最优综合力学性能,维氏硬度338 HV比铸态合金提高了11.6%,屈服强度920 MPa比铸态合金提高了22.7%,平均摩擦系数为0.643。
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