铝和锰元素对CoCrFeNiTi系高熵合金组织与性能的影响

发布时间：2017-03-30 06:06

  本文关键词：铝和锰元素对CoCrFeNiTi系高熵合金组织与性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多主元高熵合金突破了传统以一种或两种主元为主的合金设计模式,由五种及五种以上等摩尔比或者近似等摩尔比的元素组成。根据合金固溶原理,增多的合金主元数增大了体系的混合熵,较大的体系混合熵可以抑制金属间化合物的生成,进而合金倾向于形成稳定的金属固溶体。因而,自高熵合金概念提出以来,便得到世界范围内金属领域的广泛关注。目前,高熵合金还处于起步阶段,尚未广泛应用于各工业领域。已有的研究表明,通过合理的合金成分优化设计,高熵合金可以获得高的硬度、强度、耐磨性、耐蚀性、高温氧化性等优良力学及物理、化学性能。本论文基于Co、Cr、Fe、Ni系高熵合金,通过添加Al、Ti、Mn、C四种元素,研究其对高熵合金微观组织及力学性能的影响,以对高熵合金成分进行优化。通过采用氩气氛围下真空电弧熔炼制备AlxCo1.5CrFeN1.5Tiy系列合金和真空中频感应熔炼加电磁搅拌制备出AlxC0.1CoCrFeNiTi0.5Mny系列合金。并采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、室温力学压缩实验、室温力学拉伸实验及维氏显微硬度测试等分析技术对上述两种系列合金进行了微观组织和力学性能的表征。研究表明：AlxCo1.5CrFeNi1.5Tiy (x=0,0.2;y=0.5,1.0)四种高熵合金都保持了FCC的晶体结构。其中,A00Ti05、A02Ti05两种合金均显示出了明显的两相结构,A00Ti10、A02Ti10两种高熵合金则显示出了典型的枝晶和枝晶间结构。四种合金晶间析出相为具有HCP晶体结构的超硬η-(Co+Ni)3Ti相。随着合金中Al、Ti元素含量的增加,AlxCo1.5CrFeNi1.5Tiy(x=0,0.2；y=0.5,1.0)合金的显微硬度明显增加,其中,A02Ti10合金显微硬度值最高,达到671.6HV。A00Ti05、A02Ti05两种高熵合金显示出极佳的塑性。其中,A02Ti05合金体现出了最佳的综合压缩性能,其最大形变量为43.5%,断裂强度则达到2740MPA。AlxC0.1CoCrFeNiTio.5Mny(x=0,0.2;y=0,0.2)高熵合金保持了FCC面心立方晶体结构。多边形结构的纳米量级的CTi颗粒均匀地分散在四种合金的晶界处。AOM0、AOM2两种高熵合金枝晶间隙由Ni、Ti元素富集相和Ti、Co富集相组成。A2M0合金枝晶间隙呈现富Fe、Cr相基体和高Al相镶嵌η-(Co+Ni)3Ti相的针状交错组织。而A2M2合金的枝晶间隙显示出了两种形态,一种是富Fe、Cr相基体和针状交错组织,另一种为富Fe、Cr相基体和调幅分解组织。另外,Mn元素的加入使得弹性模量呈现较大幅度的提高,AOM2、A2M2合金的弹性模量分别达到6.9 GPA、6.4 GPA。Al元素的添加使得合金的硬度略微升高, A2M0、A2M2合金的显微硬度分别达到543.2HV、532.3HV。然而,Al元素的添加也会造成合金的形变能力下降,使得合金的断裂强度、弹性模量均有所降低。四种合金中AOM0、AOM2合金形变能力较好,两种合金的断裂强度分别达到638.3MPA、608.3 MPA,最大拉伸应变达到11.8%、12.9%。
【关键词】：高熵合金 合金元素 晶体结构 显微组织 机械性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 高熵合金定义11-13
• 1.3 高熵合金结构与性能13-15
• 1.3.1 高熵合金结构特点及四大效应13-14
• 1.3.2 高熵合金的性能特点14-15
• 1.4 高熵合金研究现状15-16
• 1.5 高熵合金应用前景16
• 1.6 本论文研究内容16-17
• 2 实验方法17-25
• 2.1 引言17-18
• 2.2 合金成分的选择18-20
• 2.3 高熵合金的制备20-23
• 2.3.1 真空电弧熔炼20-21
• 2.3.2 真空中频感应熔炼21-23
• 2.4 高熵合金的检测分析23-25
• 2.4.1 金相分析23
• 2.4.2 X射线衍射分析23
• 2.4.3 扫描电镜和能谱分析23
• 2.4.4 硬度测试23-24
• 2.4.5 拉伸测试和压缩测试24-25
• 3 Al_xCo_(1.5)CrFeNi_(1.5)Ti_y高熵合金显微组织及力学性能25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 Al_xCo_(1.5)CrFeNi_(1.5)Ti_y高熵合金的晶体结构25-26
• 3.3 Al_xCo_(1.5)CrFeNi_(1.5)Ti_y高熵合金组织形貌26-30
• 3.4 Al_xCo_(1.5)CrFeNi_(1.5)Ti_y高熵合金的维氏硬度30-32
• 3.5 Al_xCo_(1.5)CrFeNi_(1.5)Ti_y高熵合金的压缩性能32-35
• 3.6 Al_xCo_(1.5)CrFeNi_(1.5)Ti_y高熵合金的断口形貌35-37
• 3.7 本章小结37-39
• 4 Al_xC_(0.1)CoCrFeNiTi_(0.5)Mn_y高熵合金微观组织和力学性能39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 Al_xC_(0.1)CoCrFeNiTi_(0.5)Mn_y高熵合金的晶体结构39-40
• 4.3 Al_xC_(0.1)CoCrFeNiTi_(0.5)Mn_y高熵合金微观形貌40-47
• 4.4 Al_xC_(0.1)CoCrFeNiTi_(0.5)Mn_y高熵合金维氏硬度47-48
• 4.5 Al_xC_(0.1)CoCrFeNiTi_(0.5)Mn_y高熵合金拉伸性能48-51
• 4.6 本章小结51-53
• 结论53-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-63

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