熱處理和元素含量對高熵合金組織和性能的影響.pdf

1、高熵合金突破了以一種或者兩種金屬元素為主的傳統(tǒng)合金的發(fā)展框架，發(fā)展出一種新的合金設(shè)計理念。它一般由五種或五種以上元素進行混合形成的，各主元元素混合產(chǎn)生高熵效應，促進元素充分混合形成簡單的組織結(jié)構(gòu)。這使得其組織和性能特點在許多方面有別于傳統(tǒng)合金，具有很大的應用潛力。
　　本文利用電弧熔煉和銅模吸鑄法制備了FeCoNiCuAl、FeCoNiCuAlCrx(x=0.5、1、1.5、2、3)、FexCoNiCuCr(x=0.2、0.5、0

2、.8、1、2)等多種高熵合金，同時對FeCoNiCuAl和FeCoNiCuAlCr兩種合金分別進行了一般熱處理和強磁場熱處理。利用X射線衍射(XRD)、光學顯微鏡、掃描電鏡、萬能力學試驗機及顯微硬度計等手段，分別研究了Cr含量、Fe含量、以及熱處理和強磁場熱處理對高熵合金的相組成、微觀組織及性能的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)，鑄態(tài)FeCoNiCuAl高熵合金相結(jié)構(gòu)由簡單的體心立方(BCC)和面心立方(FCC)相組成。FeCoNiCuAl合

3、金在不同熱處理溫度(600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃)下保溫5小時后，其相結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變。由于合金元素固溶度隨溫度的變化而變化，因此當退火溫度升高到800℃時，合金中明顯析出具有FCC相結(jié)構(gòu)的α1顆粒。合金中α1相隨熱處理溫度的升高而愈來愈多，顆粒形狀逐漸變?yōu)獒槧罨驁A形狀。1000℃退火5小時的合金中，其各元素均勻分布在合金的枝晶和枝晶間。相應地，合金的室溫抗壓屈服強度逐漸下降、室溫塑性逐漸增加。
　　FeCo

4、NiCuAl高熵合金在800℃下進行不同保溫時間的熱處理后，合金中析出的α1相顆粒隨熱處理時間的延長而逐漸增多。其合金壓縮屈服強度基本保持不變，時效24小時的合金塑性形變出現(xiàn)了二次屈服現(xiàn)象。
　　FexCoNiCuCr系高熵合金是由兩個FCC相組成的固溶體。合金系微觀組織為典型的樹枝狀結(jié)構(gòu)。當Fe元素摩爾比小于1元素時，合金試樣FCC相(200)晶面峰值強度隨Fe元素的含量增加而增強。由于Fe-Cu原子之間較正的混合焓值，F(xiàn)e元素

5、的添加促使Cu元素偏聚于晶間。顯微硬度測試表明，F(xiàn)e元素量的增加使合金的維氏硬度逐漸下降。
　　鑄態(tài)FeCoNiCuAlCrx系高熵合金是由簡單的體心立方(BCC)和面心立方(FCC)相組成。XRD分析表明，Cr元素含量的增加有助于合金組織中BCC相的形成。同時，Cr含量的添加影響了合金的凝固模式。x=0.5時，合金試樣在冷卻凝固過程中發(fā)生亞共晶反應。隨Cr含量的增加，凝固模式從亞共晶轉(zhuǎn)為共晶和過共晶。x=3時，合金凝固模式為過共