【摘 要】
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高熵合金的概念自提出以来就开启了合金研究的全新领域。高熵合金是由5-13种主要的元素组成,每种元素的原子含量都在5%-35%之间,由于高熵效应,高熵合金在铸态时,倾向于形成简
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高熵合金的概念自提出以来就开启了合金研究的全新领域。高熵合金是由5-13种主要的元素组成,每种元素的原子含量都在5%-35%之间,由于高熵效应,高熵合金在铸态时,倾向于形成简单的固溶体相,纳米尺度结构,甚至是非晶相。目前,高熵合金的研究领域涉及合金组织结构、性能、相形成规律等诸多方面。高熵合金中的固溶体是亚稳固溶体,在一定条件下,会向其平衡态转变,近年来,人们开始关注各种热处理制度对高熵合金组织性能等的影响。本文通过电弧熔炼法制备了FeCoNiAlxCr (X=0.5、0.7、0.8、1.0、1.3、2.0)系高熵合金。在不同的热处理工艺下,对FeCoNiAlxCr合金进行了热处理,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、金相(OM)、室温压缩试验等分析测试手段研究了热处理工艺对其微观组织、相结构及力学性能的影响,从而研究热处理温度、外加磁场对合金组织性能的影响规律,确定合金的相演化规律。得到如下研究结果:热处理后的FeCoNiAl0.7Cr高熵合金保持其铸态的fcc+bcc结构。合金在铸态时由大量的纤维组织组成,经600℃、800℃处理之后,合金的组织并未发生变化。1000℃和1200℃时,合金的纤维组织变得粗大,并在晶界周围出现了网状组织。当热处理温度低于800℃时,合金的屈服强度和抗压强度随温度的升高而增大,当热处理温度高于800℃时,随着温度的升高,其屈服强度和抗压强度有所下降。热处理后的FeCoNiAl1.3Cr高熵合金保持铸态时的bcc结构。合金铸态时为典型的树枝晶组织,热处理温度为600℃和800℃时,合金的组织仍为枝晶组织,但枝晶变得粗大。当热处理温度达到1000℃时,合金中粗大枝晶组织消失,在晶界周围出现了细小网状组织,当热处理温度为1200℃时,晶界周围的网状组织变得粗大。当温度低于1000℃时,合金强度随温度的升高而增大,当高于1000℃时,合金强度开始下降。热处理后的FeCoNiAl2.0Cr高熵合金保持铸态时的bcc和有序bcc结构。铸态FeCoNiAl2.0Cr高熵合金为典型的枝晶组织,当热处理温度为600℃、800℃和1000℃时,合金的组织仍为树枝晶组织。当热处理温度为1200℃时,合金中的枝晶组织消失,在合金的晶界周围出现了块状组织。我们发现FeCoNiAlxCr系高熵合金的相组成与A1含量、温度有关,当A1含量低于0.5时,合金在铸态及高温时均为单一的fce相。当A1含量为0.5、0.7时,合金在铸态及高温时为fec、bcc两相。当A1含量为0.8时,铸态合金为fcc和bcc两相,在800℃时,合金中开始出现。相,直到1200℃时,σ相依然存在,但bcc的含量几乎为零。当A1含量为1.0时,铸态合金为单一的bcc相,在800℃时,合金中开始出现fcc相和。相。当温度高于1000℃时,合金中σ相消失,合金为fcc和bcc两相结构。当温度达到1200℃,合金为单相bcc结构。当A1含量为1.3、1.5时,合金在铸态及高温时均为bcc结构。当A1含量为2.0时,合金在铸态及高温时为bcc相和有序bcc相。FeCoNiAl0.5Cr高熵合金经热处理并加磁场时,合金的物相结构没有太大变化,但合金的晶粒细化,且晶粒的大小均匀,为等轴晶粒。加入磁场以后合金元素的分布有所改变;FeCoNiAl0.8Cr高熵合金在加入磁场之后,bcc相的含量显著减少,说明磁场抑制bcc相的析出。但合金的金相形貌和扫描形貌未出现明显的变化,而合金的元素分布发生了变化;FeCoNiAl1.0Cr高熵合金加入磁场之后,合金的物相结构和形貌都没有太大变化,只是合金的元素分布发生变化。
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