论文部分内容阅读
高熵合金作为近年来金属材料领域的理论突破之一,具有重要理论研究意义和应用潜力,逐渐成为众多学者关注的焦点。高熵合金由多种合金元素以等摩尔比或近等摩尔比合金化制备而成,因而使其具有独特的成分、微观结构和物理化学性能。通常而言,单相fcc结构的中熵或高熵合金展现出色的延展性但强度相对较低,需要通过有效的强化方式协同提高合金的强度和塑性,使其力学性能满足实际应用的需求。因此,本文以单相fcc结构FeCoNi中熵合金为基体,通过不同含量的Ti元素添加及不同热处理后,系统地研究Ti元素对FeCoNi中熵合金微观结构、力学性能的调控及物理机制的影响:(1)、Ti元素含量对(FeCoNi)1-xTix合金微结构及力学性能影响:通过真空电弧熔炼和均匀化处理制备了等原子比FeCoNi基体合金,其延伸率高达49%,但屈服强度(YS)和极限拉伸强度(UTS)分别仅为103 MPa和320 MPa。经过热锻(锻压比约50%),YS和UTS也只提升到454 MPa和551 MPa,但延伸率却下降到26%。进一步向FeCoNi基体中添加不同含量Ti元素,采用机械加工和不同热处理条件向基体合金中引入不同的强化机制,发现Ti元素的添加显著地改善了合金的综合力学性能。通过组分优化发现(FeCoNi)94Ti6(简称Ti6)合金YS和UTS分别为697 MPa和968 MPa,相对于热锻后的FeCoNi基体合金分别提高了 54%和76%,同时还保持了 26%的延伸率。添加Ti对FeCoNi合金屈服强度的提高主要来自位错强化和固溶强化。位错强化和固溶强化对合金强度贡献为534MPa。(2)、热处理对(FeCoNi)1-xTix合金微结构及力学性能的调控及机理研究:对(FeCoNi)97Ti3(简称Ti3)和Ti6合金锻造后进行高温退火,发现合金的强度反而升高,这与FeCoNi基体合金高温退火发生“软化”行为不同,造成这种现象的原因是退火过程中形成了Ni3Ti沉淀。并且随着退火温度的升高,在Ni3Ti沉淀强化作用下Ti6合金的UTS从968 MPa提高到1263 MPa,延伸率仅从26%下降到24%。当退火温度为1000℃时,Ti3合金中析出的沉淀为尺寸较小的L12型纳米团簇,而在Ti6合金中形成的L12相沉淀尺寸较大。透射电镜观察Ti6合金发现,晶粒内部具有高密度的L12型Ni3Ti纳米颗粒(平均尺寸为47 nm),并且Ni3Ti沉淀颗粒与fcc基体完全共格,这种界面结构的沉淀能对基体起到有效的强化作用并保持其良好的塑性。理论计算表明,沉淀强化对合金强度贡献高达600 MPa。