原位颗粒增强FexCoNiCu高熵合金基复合材料的研究

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本文采用真空感应熔炼的方法制备了FexCoNiCu高熵合金,研究了Fe含量对合金组织结构与力学性能的影响。再以Fe2.5CoNiCu合金为基体,制备出原位Ti C和Si C颗粒增强高熵合金基复合材料。分析了预制块反应机理,研究了复合材料显微组织与力学性能。FexCoNiCu高熵合金研究表明:随着Fe原子含量的增加,FexCoNiCu高熵合金由单一的FCC结构逐渐向FCC加BCC双相结构转变,枝晶间有明显Cu偏析,并且合金显微组织中出现较多细小析出相。随着Fe含量增加,合金显微硬度逐渐由187 HV增加到379 HV。析出的富Fe相可以提高合金强度,极限抗拉强度先升高后降低,当x为2.5时达到最高值639 MPa。合金中Cu偏析对塑性提升有一定的作用,当x为2时断裂延伸率可达20.5%。预制块反应过程研究表明:在Ni-Ti-C预制块中,基本只发生合成Ti C的反应,表观活化能为2455 k J/mol。在Ni-Si-C预制块中,基本只发生合成Si C的反应,生成Si C反应的表观活化能为1376 k J/mol。复合材料组织结构研究表明:在Fe2.5CoNiCu合金中能较好地生成Ti C颗粒,V和Nb元素添加能够细化Ti C颗粒,但当Nb元素含量较高时会出现团聚现象。在Fe2.5CoNiCu合金中添加Si和C元素可以生成Si C颗粒,有部分Si和C元素固溶于基体中,Si元素能较为均匀地固溶在基体中,起到一定的细化晶粒效果,而C元素含量较高时则会形成碳化物。复合材料力学性能研究表明:在Ti C/Fe2.5CoNiCu复合材料中,增强体体积分数增加,硬度升高,Ti C颗粒可以提高材料强度,但会降低塑性。Nb元素提升复合材料强度的效果更明显,极限抗拉强度最高可达892 MPa。V元素在提高强度的同时能够略微提高塑性。在Si C/Fe2.5CoNiCu复合材料中,同时添加Si和C元素可以造成强度和塑性同时提高,硬度也会增加,10 vol.%的Si C/Fe2.5CoNiCu复合材料在极限抗拉强度达到787MPa的同时具有39.1%的断裂延伸率。研究发现Si元素会提高基体合金强度并降低塑性,复合材料的塑性显著提高主要是C元素的作用结果。
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