NiCrAlTi-M系高熵合金显微组织与性能研究

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1995年高熵合金出现以后,以其优异的组织及性能吸引了大批研究人员的目光,但至今在高熵合金的研究中依然没有大的突破,这就需要提供更多的数据支持。本文重点研究了合金元素含量对NiCrAlTi-M系高熵合金组织及性能的影响,并分析了组织及性能的变化规律。  本文采用电弧熔炼法制备NiCrAlTi-M系高熵合金。借助金相显微镜、扫面电子显微镜、能谱分析、X射线衍射仪、万能压缩试验机等对其显微组织与力学性能进行了系统地分析。  分析测试结果表明,NiCrCoAlTi系高熵合金随着Ni含量的减少,FCC相中出现HCP以及BCC相,而GCP结构的析出相始终存在。NiCrFeAlTi系高熵合金中,Ni84(CrFeAlTi)高熵合金中主要是由FCC相与少量Ni3Al相组成的,而Ni60(CrFeAlTi)高熵合金XRD结果经分析无法找到对应衍射峰,故暂不能确定相的组成。  NiCrCoAlTi系高熵合金随着Ni元素含量的逐渐减少,合金组织发生了明显的变化,组织逐渐细化,枝晶形态越来越明显,合金中析出相含量及种类逐渐增多,析出相主要有球状和片状两种形态。纳米析出相中Al、Ti元素行亮偏高,而当Cr元素含量达到一定值时,Cr通常在纳米相表面严重富集。NiCrFeAlTi系高熵合金在与NiCrCoAlTi系高熵合金在相同Ni元素含量情况下合金组织形态基本相同,不同在于Ni60(CrFeAlTi)高熵合金晶间的位置出现了片状相,晶内的纳米析出相均呈规则的方块状。  NiCrCoAlTi系高熵合金力学性随着Ni含量的逐渐降低,屈服强度呈逐渐升高的趋势,塑性逐渐降低。综合性能以Ni60(CrCoAlTi)高熵合金最佳,其屈服强度727MPa,断裂强度高度高达2925MPa,压缩率达到47.3%,室温维氏硬度为505HV。NiCrFeAlTi系高熵合金中,Ni84(CrFeAlTi)高熵合金具有良好的塑性,压缩过程中并未出现断裂,但其屈服强度较低。Ni60(CrFeAlTi)高熵合金综合性能较好,屈服强度高达1142.98MPa,压缩率为26.2%。两系合金的室温压缩硬度均随着Ni元素含量下降而升高。  通过对所有合金的断口分析表明。Ni72(CrCoAlTi)高熵合金为延性断裂。Ni60(CrCoAlTi)高熵合金呈典型的塑性断裂,但同时伴随着小面积的脆性断裂,断口中发现大量的等轴韧窝。Ni48(CrCoAlTi)高熵合金的断裂模式为混合断裂,同时发生解理断裂和韧窝断裂。Ni36(CrCoAlTi)高熵合金发生解理断裂,存在大量解理台阶。Ni35Cr35(CoAlTi)高熵合金断裂主要是由于大块相与周围相的结合较弱和大块相本身易产生裂纹导致。Ni60(CrFeAlTi)高熵合金则为典型的延性断裂,断口中出现大面积的塑性变形区及纳米韧窝。  Mo的加入使得合金的枝晶形态逐渐消失,出现大量球胞状晶粒组织。Mo改变了基体相和析出相的耐腐蚀性。通过对力学性能的研究发现,随着Mo元素的加入合金的屈服强度逐渐升高,塑性逐渐降低。  Mg的加入使得合金的晶粒得到了明显的细化,降低了晶间析出相的数量。通过对室温压缩性能的研究发现,Mg元素的加入可以显著的提高合金的屈服强度,却降低了合金的塑性。
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