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作为一种典型的高熵合金,CrMnFeCoNi由于其优异的性能和简单的微观结构获得众多学者的广泛关注,然而室温下较低的强度限制了它的应用。在此基础上本课题通过机械球磨和粉末烧结的方法成功地制备出具有调和组织结构CrMnFeCoNi高熵合金,通过微观结构的设计实现了力学性能的改进,重点研究了超细晶三维网状空间结构对CrMnFeCoNi高熵合金力学性能以及变形失效机制的影响,为发展高强度、高韧性高熵合金材料提供了理论指导。具体结论如下:
(1)不同晶粒尺寸和超细晶含量的调和组织结构高熵合金可以通过调控机械球磨工艺获得,随着机械球磨时间的增加,材料晶粒尺寸下降,超细晶含量增加。
(2)调和组织结构可以提升材料综合力学性能,但是随着超细晶含量的增加,受到晶粒细化作用的影响,塑性会难以避免地下降,本文获得了CrMnFeCoNi高熵合金优化的调和组织结构晶粒参数。
(3)由于晶粒分布不均匀,调和组织结构高熵合金在单轴拉伸过程也会存在应变分布不均匀的情况,粗晶与超细晶区域之间应变分布不均匀会导致在两区域的交界处储存几何必要位错(GNDs),进而导致塑性应变局部化,促使该区域在塑性变形过程中萌生裂纹,因此在拉伸过程中裂纹更容易产生于粗晶与超细晶区域的交界处。
(4)通过对调和组织结构以及其他非均匀异质结构高熵合金力学性能的对比可以发现三维网状空间结构可以提供额外的异质变形诱导强化,增强材料的应变硬化能力,促进其在拉伸过程中塑性变形的均匀性,避免了变形初期塑性应变的局部化,进而提升材料力学性能。
(1)不同晶粒尺寸和超细晶含量的调和组织结构高熵合金可以通过调控机械球磨工艺获得,随着机械球磨时间的增加,材料晶粒尺寸下降,超细晶含量增加。
(2)调和组织结构可以提升材料综合力学性能,但是随着超细晶含量的增加,受到晶粒细化作用的影响,塑性会难以避免地下降,本文获得了CrMnFeCoNi高熵合金优化的调和组织结构晶粒参数。
(3)由于晶粒分布不均匀,调和组织结构高熵合金在单轴拉伸过程也会存在应变分布不均匀的情况,粗晶与超细晶区域之间应变分布不均匀会导致在两区域的交界处储存几何必要位错(GNDs),进而导致塑性应变局部化,促使该区域在塑性变形过程中萌生裂纹,因此在拉伸过程中裂纹更容易产生于粗晶与超细晶区域的交界处。
(4)通过对调和组织结构以及其他非均匀异质结构高熵合金力学性能的对比可以发现三维网状空间结构可以提供额外的异质变形诱导强化,增强材料的应变硬化能力,促进其在拉伸过程中塑性变形的均匀性,避免了变形初期塑性应变的局部化,进而提升材料力学性能。