【摘 要】
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多组元高熵合金因其成分和组织的多样性赋予了其众多优异的性能,如高强度、高硬度、高抗氧化性等。对于单相面心立方高熵合金而言,尽管其具有优异的室温拉伸塑性,但强度较低。为了优化面心立方高熵合金的性能,需要适当引入固溶原子、位错、孪晶、晶界和第二相等结构缺陷,并调控其微结构使高熵合金的力学性能得以提高。本文通过热机械处理对AlxCoCrFeNi(x=0.1~0.8)高熵合金显微组织结构进行调控,并对相应
【基金项目】
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装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室(项目编号:61420050204); 北京科技大学新金属材料国家重点实验室开放课题(项目编号:2016-ZD03); 国家建设高水平大学公派研究生项目,; 山西省研究生创新项目;
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多组元高熵合金因其成分和组织的多样性赋予了其众多优异的性能,如高强度、高硬度、高抗氧化性等。对于单相面心立方高熵合金而言,尽管其具有优异的室温拉伸塑性,但强度较低。为了优化面心立方高熵合金的性能,需要适当引入固溶原子、位错、孪晶、晶界和第二相等结构缺陷,并调控其微结构使高熵合金的力学性能得以提高。本文通过热机械处理对AlxCoCrFeNi(x=0.1~0.8)高熵合金显微组织结构进行调控,并对相应的力学性能进行研究,研究结果表明:(1)在AlxCoCrFeNi高熵合金中添加Al原子不但可以提高固溶强化效果,而且随着Al含量增加还可以改变其显微结构。当0.1≤x≤0.45时,铸态合金为树枝晶面心立方(FCC)结构;当0.45<x≤0.8时,铸态合金为面心立方与体心立方(FCC+BCC)双相结构,其中x≥0.6时,铸态合金为共晶组织。(2)Al0.1CoCrFeNi高熵合金经过压下量为50%和70%冷轧后,不仅可以提高位错密度,还可以产生大量互相平行的滑移线、剪切带和形变孪晶等共同提高了合金强度。当冷轧量从50%增加到70%,Copper和Goss织构向Brass织构和Cu T织构转变。冷轧合金中的力学各向异性行为主要由显微结构而非织构组分决定。通过对冷轧合金在700℃~1000℃退火处理,可以形成部分再结晶及完全再结晶组织来平衡单相FCC高熵合金的强塑性。(3)Al0.25CoCrFeNi高熵合金经0%~90%冷轧变形后,可以形成大量剪切带与高密度位错胞,从而将铸态合金的抗拉强度从526 MPa提高到1479 MPa。冷轧合金在双相区(700℃~900℃)退火可以获得具有优异室温与液氮低温性能的析出型合金。不同冷轧量高熵合金在单相区(1100℃)退火后,形成了不同厚度(230μm~1960μm)的单相合金,并且合金在拉伸过程中强度和塑性表现出明显的尺寸效应。(4)调控过饱和Al0.45CoCrFeNi高熵固溶体合金退火处理中的再结晶与相析出,可以成功制备超细晶与细晶双相结构(FCC+B2)高熵合金。在再结晶双相高熵合金中时效析出细小第二相可以进一步提高力学性能。双相高熵合金在高温长时间退火过程中表现出良好的组织稳定性。(5)共晶型Al0.6CoCrFeNi和Al0.8CoCrFeNi高熵合金分别经过40%和30%冷轧变形后,可以提高其显微硬度与拉伸强度。后续通过500℃~1100℃退火处理可以优化其力学性能。
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