论文部分内容阅读
作为材料领域的研究热点与新的合金设计理念,高熵合金概念自提出以来,就引起了众多科技工作者的广泛关注。高熵合金突破了传统设计合金理念的思维定势,不再以单一主元,而是以多种元素为主元组配合金成分。高熵合金具有良好的热稳定性、高硬度值、优异的耐磨性、高的强度、以及独特的电、磁性能等诸多优异的性能。本文采用电弧熔炼法和真空铜模吸铸法制备了AlCrFeNi-M系高熵合金及其复合材料。借助OM、SEM、EDS、XRD、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与测试。本文研究表明,AlCrFeNi-M系高熵合金的相由简单的BCC相或FCC相或两相复合组成。发现Co元素不仅能改善Al0.5CrFeNiCo系高熵合金的显微组织,更对该合金系具有显著的软化及塑化作用,以至于Al0.5CrFeNiCo0.5和Al0.5CrFeNiCo0.75高熵合金均可被持续压成薄饼状。增加铝的摩尔含量,制得的Al0.75CrFeNiCo0.25合金为本文制取的纽扣锭合金中力学性能最佳的:其压缩屈服强度为1464MPa,抗压强度为2959MPa,压缩率为37.2%,硬度为HV503。研究发现Al0.25CrFeNiCoTi0.75与Al0.75CrFeNiCoTi0.5均存在花状组织,并具有很高的硬度,前者的维氏硬度高达HV928。而Al0.75CrFeNiCoTi0.25和Al0.5CrFeNiCoTi0.25则均具有很高的塑性,压缩率分别达33.2%和42.7%。最值得一提的是Al0.75CrFeNiCoTi0.25高熵合金中形成了不规则的多边形纳米集束。通过成分设计,制备出AlxCrFeNi （x=0.5,0.8,1）和Al0.5CrFeNiCoTi0.5四种高性能的合金。四种合金均具有独特的显微组织,其中Al0.5CrFeNi可析出50nm左右的纳米级球状析出相,其他三种则主要析出非球状纳米相,而AlCrFeNi和Al0.5CrFeNiCoTi0.5存在独特的花状组织。吸铸的AlCrFeNi的抗压强度为目前铸态的高熵合金中最高,高达3618MPa,且压缩率高至41.8%。研究Al0.5CrFeNiCoTi0.5和AlCrFeNi合金表明:冷却速率快时,这两种合金的相结构、显微组织与力学性能的改善明显,尤其抗压强度得以急剧地提升。采用电弧熔炼法制备的三种Al0.75CrFeNiCo0.25-TiC复合材料中,随着TiC体积百分含量不断地增加,TiC尺寸慢慢地变大且逐渐地向晶内分布。TiC的加入,使得复合材料显微组织中葵花状组织的含量呈U形变化。TiC体积分数为10%时,性能最好,抗压强度高达3212MPa,且压缩率反而比基体提高11.83%。