冷变形态CoCrCu1.2FeNi高熵合金再结晶退火组织性能和高温变形行为

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高熵合金作为一种新型的金属材料与传统合金体系有很大差别,它特殊的晶体结构和元素组成使其具有更优异的性能,例如高强度、高硬度、高稳定性、耐腐蚀性能和耐高温氧化性能等,成为了广大研究学者的研究热点。由于铸态高熵合金在制备过程中形成的组织比较粗大,会出现疏松疏孔、应力集中等缺陷,因此对铸态高熵合金进行冷变形后采用热处理工艺可以调控其组织和性能,改进高熵合金的强度和塑性,使合金发挥更大的应用潜力。除此之外,对合金进行一定程度的热变形也能够改善组织形貌,细化晶粒,进而提高合金的力学性能,探究其热变形行为使其在高温环境下服役得到广泛发展。本文的研究对象是具有双面心立方晶格的高熵合金,采用真空悬浮电熔炉制成原子比为1:1:1:1.2:1的非等原子比CoCrCu1.2FeNi高熵合金,对其进行50%的冷变形后探究再结晶退火热处理工艺对组织和性能的影响,同时研究合金在固态高温下的热变形行为,探究动态再结晶机制及制定出更优的热成形工艺方案以及对合金在半固态温度区间进行高温流变行为的研究,探究其微观组织演变规律、变形机制及动态再结晶机制,为高熵合金零部件在高温条件下服役提供理论与技术支持。对冷变形后CoCrCu1.2FeNi高熵合金进行再结晶退火实验,加热温度分别为650℃、750℃、850℃、950℃,保温时间分别为30 min、60 min、90 min、120 min,同时将热处理前后合金组织性能做对比。研究结果表明随着保温时间的延长和退火温度的升高,合金的组织逐渐均匀,球化后发生粗化,出现融合吞噬现象,组织尺寸出现先减小后增加的变化,合金断裂强度和断裂应变的变化趋势都为先增加后降低,在850℃/60 min条件下压缩性能最好,较变形态合金而言,断裂强度提升79.3%,断裂应变增加1.043倍,在750℃-850℃时的综合力学性能最好。屈服强度随着温度的升高逐渐下降但对保温时间不敏感。平均硬度随着温度的升高和保温时间的延长而降低,确定出合金的初始再结晶温度在650℃到750℃之间。退火孪晶的形成使晶粒得到细化,进而提高了合金材料性能。对CoCrCu1.2FeNi高熵合金进行固态高温下变形实验,变形温度为950℃-1100℃,应变速率为0.001 s-1-1 s-1,分析流动应力应变之间的关系,建立本构模型并对其进行验证以及绘制热加工图,制定合适的热加工区间,通过EBSD技术分析组织演变规律,确定动态再结晶机制。研究结果表明,流动应力随着变形温度的降低和应变速率的升高而升高,曲线变化趋势显示出了明显的动态再结晶现象。计算出本构方程和确定热加工区间为(1050℃-1090℃/0.02 s-1-1 s-1)和(975℃-1050℃/0.002 s-1-0.2 s-1)。微观组织研究表明合金在高温低速时更能够促进动态再结晶的形核和长大。在0.001 s-1不同温度下都发生了的非连续动态再结晶,并且消除了大量位错,随着温度从950℃升高到1000℃和1050℃升高到1100℃时,再结晶程度逐渐增加。对变形态CoCrCu1.2FeNi高熵合金进行不同半固态温度(1130℃-1225℃)和不同应变速率(0.1 s-1-10 s-1)的等温压缩实验,得出了不同变形条件下流动应力应变关系,研究了压缩过程中合金的组织演变规律、变形机制和动态再结晶机制。研究结果表明,合金的流动应力和峰值应力都是随着温度的升高和应变速率的降低而降低。在半固态热压缩峰值应力时对应的表观黏度和剪切速率的关系符合非牛顿流体特性,具有很强的剪切变稀特征。不同变形区的微观组织形貌差异明显,主要与组织受力情况以及液相分数和固体颗粒的变形机制有关。在低应变速率下非连续动态再结晶是热压缩过程中主要的再结晶机制,在变形条件为1225℃/5 s-1时连续动态再结晶影响较大。
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