退火温度对CoCrFeNiAl高熵合金组织与性能的影响

发布时间：2019-09-06 08:34

【摘要】：用传统铸造法制备了CoCrFeNiAl高熵合金,研究了不同退火温度对合金组织及性能的影响。结果表明,铸态的CoCrFeNiAl高熵合金为面心立方晶体结构(FCC)和体心立方晶体结构(BCC)的混合结构;随退火温度的升高,合金的晶体结构转变为FCC+BCC+Ordered BCC的混合结构;当合金温度达到800℃时,在枝晶之间开始析出AlNi_3、CrFe金属间化合物,合金的晶体结构转变为FCC+BCC+Ordered BCC+AlNi_3+CrFe的混合结构。CoCrFeNiAl高熵合金具有较高的硬度,并随着退火温度的升高,合金的硬度逐渐增大,硬度最高为463 HV0.2。CoCrFeNiAl高熵合金具有较好的室温压缩性能,铸态合金的压缩断裂强度、压缩率分别可达2275 MPa、18.8%。随着退火温度的升高,塑性逐渐降低,但强度逐渐增加,经600℃退火后,具有最佳的室温压缩性能,压缩断裂强度、压缩率分别为2631 MPa、12.5%。
【图文】：

X射线衍射图,X射线衍射图,合金,晶体结构

第9期张越，等:退火温度对CoCrFeNiAl高熵合金组织与性能的影响37组织的变化情况;利用D/max-2500/PC型转靶X射线衍射仪进行XＲD衍射试验，并检测合金各物相的晶体结构(2θ为20°～100°);用HVS-1000CCD型显微硬度计测试合金的显微硬度，加载砝码为200g，加载时间10s，试样为平行样;用MTSCMT5305型电子万能试验机测试合金的室温压缩强度，试样尺寸为鐖6×12mm，压缩速率为0．5mm/min。2试验结果与分析图1不同温度退火后CoCrFeNiAl高熵合金X射线衍射图(a)铸态;(b)400℃;(c)600℃;(d)800℃Fig．1XＲDpatternsoftheCoCrFeNiAlhighentropyalloyannealedatdifferenttemperatures(a)as-cast;(b)400℃;(c)600℃;(d)800℃2．1铸态及退火后CoCrFeNiAl高熵合金的晶体结构图1是CoCrFeNiAl合金未处理和在不同退火温度(400、600和800℃)下的XＲD图谱。由图1可以看出，退火温度对CoCrFeNiAl高熵合金的晶体结构有显著影响。合金未经热处理时的X射线衍射图谱如图1(a)所示，经分析合金为面心立方晶体结构(FCC)和体心立方晶体结构(BCC)的混合结构，其中以体心立方相为主相，但X射线的衍射峰强度较低，主强峰仅172cps。当合金在400℃下退火后，合金的晶体结构发生明显改变，如图1(b)所示，除原始的面心立方和体心立方结构外，析出了少量的新的体心立方相(OrderedBCC)，与相关文献报道类似，为有序的B2结构［13-15］。合金的晶体结构转变为FCC+BCC+OrderedBCC的混合结构，同时X射线衍射峰的强度明显增强，，表明合金经热处理后，结晶性增强。当退火温度提高到600℃时，合金的晶体结构并没有发生明显改变，无新物质生成，所以合金的晶体结构仍然为FCC+BCC+OrderedBCC的混合结构，如图1(c)所示。当退火温度增加为800℃时，如图1(d)所示，合金中形

曲线,退火温度,组织形貌,合金

38第42卷图2不同退火温度下的CoCrFeNiAl高熵合金的SEM组织形貌(a)铸态;(b)400℃;(c)600℃;(d)800℃Fig．2SEMmorphologiesoftheCoCrFeNiAlhighentropyalloyannealedatdifferenttemperatures(a)as-cast;(b)400℃;(c)600℃;(d)800℃2．3退火温度对CoCrFeNiAl高熵合金硬度的影响图3为CoCrFeNiAl合金未处理和在不同退火温度下保温2h的显微硬度曲线。从图3中可以看出CoCrFeNiAl高熵合金的硬度随着退火温度的升高而升高。由此前的XＲD分析可知，合金在铸态下的晶体结构为BCC+FCC的混合结构，其中，BCC体积分数较多，此时，合金的硬度为405HV0．2。合金在400℃下退火2h后，硬度有所提高，这主要是因为合金中析出另一种有序体心立方相(OrderedBCC)。随退火温度的进一步升高，合金中这种有序体心立方相逐渐增多，合金的硬度进一步增加。当退火温度达到800℃时，合金中析出了大量的硬脆金属间化合物，如AlNi3和CrFe。这些金属间化合物的析出，使合金的硬度得到进一步提升，达到463HV0．2。2．4退火温度对CoCrFeNiAl高熵合金的压缩性能的影响图4为CoCrFeNiAl合金在铸态和不同退火温度下的室温压缩应力-应变曲线。由图4可以看出，CoCrFeNiAl合金具有较高的压缩断裂强度及压缩率，铸态下分别可达2275MPa及18．8%。当合金在400℃下退火2h后，合金的强度增加至2611MPa，而塑性并没有显著降低，说明合金具有较好的高温使用性能。当退火温度升高至600℃时，合金的强度进一步提高，图3不同退火温度下的CoCrFeNiAl高熵合金的硬度Fig．3HardnessoftheCoCrFeNiAlhighentropyalloyannealedatdifferenttemperatures可达2631MPa，但此时合金的塑性有所降低，压缩率为12．5%，但与一些传统合金相比，仍然具有较高的压缩率。当退火温度增加至800℃?
【作者单位】：辽宁工业大学材料科学与工程学院;
【基金】：辽宁省自然科学基金项目(2015020204)
【分类号】：TG139;TG161

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