CoCrNi系中熵合金高温变形与冷轧退火行为研究

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近年来,金属材料的发展已经趋于一个平缓的状态,随着人类社会的发展,人们在生活质量方面提出了更高的要求,科学技术的发展对于材料提出了更多的需求。因此,人们正在通过各种方法途径他来改善材料的性能。多主元系合金作为一种新型的合金(包括中熵合金和高熵合金),与传统合金相比具有许多优异的性能,如高硬度、高强度以及耐腐蚀性能。典型的以CoCrNi系为基础的具有单相面心立方结构的中熵合金,因其成分简单、具有优异的韧性,有利于加工成型等引其人们的广泛关注,但仍存在强度低、耐磨性差等缺点,难以满足实际工程应用的需求。基于此,本研究以面心立方结构的CoCrNi合金为基础,对其组织及力学性能进行研究。本文通过真空电弧熔炼炉制备了 CoCrNi和(CoCrNi)94Ti3Al3中熵合金,系统地研究了该体系合金的高温变形、冷轧退火后的力学行为以及组织演变规律,研究结果为CoCrNi系中熵合金的研制提供了理论基础和技术支持,主要研究内容如下:(1)研究了 CoCrNi中熵合金的热变形行为,建立了高温本构方程,分析了热变形过程中微观组织的演化和晶界分布特征。结果表明,实验合金的激活能为401.626 kJ/mol。确定了热变形过程中的完全再结晶温度为950℃。动态再结晶通过“膨胀机制”形核,为典型的不连续再结晶形核机制,随着应变速率的降低连续的动态再结晶机制逐渐变得活跃。随着应变速率的降低,∑3晶界的比例也随之增大。10°~15°之间的取向角差的频率几乎保持不变,围绕原晶界的连续亚晶的旋转将导致亚结构中动态再结晶的形核。(2)研究了(CoCrNi)94Ti3Al3中熵合金的热变形行为,建立了高温本构方程,分析了热变形过程中微观组织的演化和晶界分布特征。结果表明,实验合金的激活能为622.771 kJ/mol。确定了热变形过程中的完全再结晶温度为1000℃。动态再结晶通过“膨胀机制”形核,动态再结晶与孪晶的形成相辅相成。变形温度低于完全再结晶温度时为不连续的动态再结晶机制,应变速率降低连续的动态再结晶机制逐渐被激活,当变形温度超过完全再结晶温度时,连续再结晶机制作用减弱。在同一变形温度下,∑3晶界的比例随着应变速率的降低而增加。在所有施加的应变速率下,随着动态再结晶的发展,孪晶的比例逐渐增加。低应变速率和高变形温度是孪晶形成的最适合的条件,因为在该条件下有足够的时间来推动晶界的迁移。(3)研究了 CoCrNi合金冷轧退火过程中组织与力学性能的演变。结果表明,实验合金在-50℃冷轧退火后,晶粒尺寸细小,平均晶粒尺寸为0.90~0.99 μm,应变得到累积,表现出优异的力学性能,其抗拉强度为1168 MPa、屈服强度为1040 MPa、伸长率为37%。退火后形成大量的CSL晶界,呈现出∑3>∑9>∑27的数量关系。计算得到了实验合金在变形过程中的临界孪生应力为1100 MPa。
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