低密度难熔高熵合金的热稳定性、相结构与力学性能

发布时间：2021-01-01 02:22

　　在航空航天及一些相关领域内对具有优异高温强度和低密度的金属合金有着极大的需求,但常见的Ni基高温合金在较高温度下目前已接近其使用极限,因此需要发展更多耐高温的新型金属材料来满足相关应用。传统的合金主要是基于一种或两种主要元素,而高熵合金作为近年来引起极大关注的一类材料,打破了传统合金设计思路。高熵合金理念指的是三种及以上金属元素按等原子比或近等原子比设计材料的新方法,利用这种策略已经研制出了大量具有独特性能的新型合金。因此,将高熵合金策略运用到高温合金的设计与制备过程中,对于开发新型高温合金能够做出有益的尝试。高温稳定性对于合金在高温下能否长期服役具有非常重要的意义。同时,一些已经开发出来的难熔高熵合金具有较高的熔点,但往往室温塑性较差。因此本研究首先选择具有较好室温塑性的难熔高熵合金Hf_0.5Nb_0.5Ta_0.5Ti_1.5Zr,采用吸铸、均匀化、冷轧和再结晶等工艺制得其初始状态,然后在500-900℃对合金进行长达14天的退火以探究其热稳定性。结果发现,合金在800℃以上保持初始单相BCC结构;在... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压缩试样取样示意图

而 Hf 似乎是均匀分布的。为了量化枝晶与枝晶间区域内元素偏析的程度，还做了一条 EDX 线扫描。在图3.2a 中用插入的带箭头的线段来表示 EDX 扫描线，扫描结果附在其右下方。总的来说，针对该合金分析了 25 个点，同时确保点与点之间的距离间隔大于 1 μm。结果与元素分布图一致，合金中的枝晶臂富含 Ta（~17 at.%）和 Nb（~17 at.%），缺少 Zr（~22 at.%）和 Ti（~31at.%），枝晶间的区域恰好相反。Hf 元素的浓度几乎与名义浓度相等，这与其元素分布图一致。所观察到的成分少量偏析表明这种合金是非均匀凝固的，这是由于合金元素的分布在固相生长阶段受到了动力学的限制[45]。此外，元素偏析程度通常取决于液相-固相温度范围

图 3.2 铸态 Hf0.5Nb0.5Ta0.5Ti1.5Zr 合金的微观组织 SEM BSE 图和 EDX 元素分布图 3.3 是材料冷轧之后经过 1000℃下 3 h 再结晶的典型背散射扫描图。在这个和其它所有状态的材料中都存在少量空洞，这似乎是铸件孔隙度或者是抛光过程中颗粒掉落所留下的孔，这种现象以前在其它合金中也发现过[71, 82]。除了这些夹杂物之外，在合金组成元素的范围内没有发现任何金属间化合物颗粒。其微观组织是由平均晶粒尺寸~280 μm 的等轴晶粒组成。EDX 图（图 3.3 插入的是典型的 Zr 元素分布图）表明合金的成分元素是均匀分布的，同时在这些图片的长度尺度内并没有观察到元素偏析或者是聚集。以 Zr 元素举例，在铸态合金里面它是偏析于枝晶之间的，但是在再结晶状态下确实均匀分布的。EDX 线扫描结果同样表明合金中没有成分波动。结合XRD 图谱可以认为，初试态材料是具有等轴晶且成分均匀分布的单相 BCC 固溶体。


本文编号：2950768