Al-Sc-Ti-Zr多主元合金的微观组织及力学性能研究
发布时间：2021-02-01 16:54
作为一种新型的多主元合金材料,高熵合金因其优异的力学性能备受关注。目前研究较多的是以单相BCC结构或FCC结构以及双相BCC+FCC结构为主的合金,而HCP结构的多主元合金报道的相对较少。本文以高熵合金的理论为基础,通过对二元相图以及三元相图的定性分析,设计了可能形成HCP结构的多主元Al-Sc-Ti-Zr合金,并对其微观组织以及力学性能进行了分析。主要展开了以下工作:（1）采用合金法测定了1073K下Al-Sc-Ti三元系的等温截面,分析了二元化合物中第三组元的溶解度,并且通过分析铸态合金,确定了合金凝固的初晶相。（2）结合二元相图以及四个子三元相图,通过定性分析设计了非等原子比的Al15Sc15Ti35Zr35、Al10Sc20Ti35Zr35以及Al5Sc25Ti35Zr35多主元合金。（3）分析了铸态Al-Sc-Ti-Zr合金的微观组织结构以及力学性能,发现Al15Sc15Ti35Zr35合金主要由β-BCC相以及少量的?+α″+α相构成,Al10Sc20Ti35Zr35由BCC和HCP相构成,Al5Sc25Ti35Zr35合金为近乎HCP单相。其中抗压强度最大的为Al10Sc...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于混合熵的合金分类
燕山大学工学硕士学位论文-4-使固溶体相的XRD衍射峰有所降低。由于随机分布造成严重的晶格畸会阻碍合金的位错运动，导致合金的变形受到了阻碍，从而使合金有很强的固溶强化提高了合金的硬度，抗压性能，降低了合金的磨损消耗等。如果原子间的尺寸相差特别大，有可能出现晶体结构坍塌从而形成非晶结构，这对大块非晶合金的研究是有利的。图1-2晶格畸变示意图（3）动力学上的迟滞扩散效应合金相的相平衡是通过合金的相变以及相变扩散来完成的，但归根到底是由于原子间的移动造成的。对于高熵合金，在合金凝固过程中，扩散需要各个原子的相互协调来完成，由于原子尺寸的大小不相等，存在晶格畸变，因此原子间的扩散速率受到严重影响，这就导致了新相的形核以及相长大过程被妨碍。目前许多研究人员发现高熵合金的组元间的扩散系数相对于一般合金而言要低一个数量级，这也就延缓了高熵合金相的分解。这种扩散迟滞现象使高熵合金拥有良好的热稳定性和抗腐蚀性、高温强度、高温结构稳定性。（4）性能上的鸡尾酒效应在2003年，鸡尾酒效应被Ranganathan[9]首次用在一般合金上。由于高熵合金是由多种元素组成的，并且每种元素都可以当作主元素，因此每种元素之间会出现相互影响的现象，各个元素共同作用于合金影响合金的整体性能，这种相互协同作用会使合金的整体性能值超过合金中各个元素的平均值即类似于1+1>2。这种现象为合金元素的选择，性能的把控，组织结构的预测提供了一定的鉴赏作用。1.1.2高熵合金的制备方法目前，高熵合金已经被应用在很多领域，根据使用目的的不同会要求不同的生产工艺，同时根据样品的最初形态也会使用不同的合成设备以及合成方法。一般有以下几种制备方法：（1）真空电弧熔炼法；（2）真空感应熔炼法；（3）机械合金化
鹛氐闶牵阂淮文芄蝗哿?的样品较多、合金晶粒相对细孝合金的成分较为均匀、致密度比较高。但是由于铜模坩埚的容量有限，大块儿的合金还是没法制备。一般对于冷却速率要求较高时，还往往会连同使用铜模铸造法。铜模铸造法的原理是通过建立铜模坩埚的压差，将处于液态的合金锭以极快的速度注入水冷模具中，获得快速冷却样品的方法，但是这种方法得到的样品有时候会很少，造成了原料的浪费。（2）真空感应熔炼法与真空电弧炉熔炼法类似，真空感应熔炼法也是炼制高熵合金中常用的一种方法。但是其原理和真空熔炼炉却有所差别，图1-3为真空感应熔炼设备的内部示意图，它是通过电磁感应来产生热量的，通过包裹在样品外面的金属线圈产生涡流，从而加热熔化合金原料。在熔炼过程中可以对原材料进行真空脱氧、脱氮等一系列操作，因此熔炼的合金锭含的杂质相对来说较少。由于加热快，抽真空时间短，操作方便容易控制等特点，这种方法比较适用于探索性的小规模实验。图1-3真空感应熔炼炉示意图（3）机械合金化法机械合金化法又称球磨法，是一种针对固态粉末制备的方法。首先将一定量的合金粉末放进高能球磨机中与一定量的研磨介质（一般为不锈钢球）混合，之后合金粉末通过不断地被搅拌研磨，经过不断地碎裂、变形和冷焊，在经过一系列物理化学变化过程之后，形成成分均匀的纳米晶粒[10]或者非晶合金的合金化[11]方法。由
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlxFeCoCrNiCu（x=0.25、0.5、1.0）高熵合金的组织结构和电化学性能研究[J]. 牛雪莲,王立久,孙丹,Julius Jellinek. 功能材料. 2013(04)
[2]相图热力学计算在新型钴基高温合金设计中的应用[J]. 杨舒宇,蒋敏,王磊. 材料与冶金学报. 2011(04)
[3]粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展[J]. 沈元勋,肖志瑜,温利平,潘国如,李元元. 粉末冶金工业. 2006(03)
博士论文
[1]高强度TiZrAlV合金的制备及组织性能研究[D]. 景然.燕山大学 2013
[2]L12相强化的耐热铝合金相关体系热力学研究[D]. 薄宏.中南大学 2013
硕士论文
[1]耐高温高熵合金的成分设计和性能优化[D]. 姚宏伟.太原理工大学 2017
[2]CuCrFeNiMn基高熵合金的微观组织和耐腐蚀性能研究[D]. 房伟峰.郑州大学 2014
[3]Al-Ti-Zr三元系相关系的研究[D]. 杨冯.中南大学 2014
本文编号：3013112
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于混合熵的合金分类
燕山大学工学硕士学位论文-4-使固溶体相的XRD衍射峰有所降低。由于随机分布造成严重的晶格畸会阻碍合金的位错运动，导致合金的变形受到了阻碍，从而使合金有很强的固溶强化提高了合金的硬度，抗压性能，降低了合金的磨损消耗等。如果原子间的尺寸相差特别大，有可能出现晶体结构坍塌从而形成非晶结构，这对大块非晶合金的研究是有利的。图1-2晶格畸变示意图（3）动力学上的迟滞扩散效应合金相的相平衡是通过合金的相变以及相变扩散来完成的，但归根到底是由于原子间的移动造成的。对于高熵合金，在合金凝固过程中，扩散需要各个原子的相互协调来完成，由于原子尺寸的大小不相等，存在晶格畸变，因此原子间的扩散速率受到严重影响，这就导致了新相的形核以及相长大过程被妨碍。目前许多研究人员发现高熵合金的组元间的扩散系数相对于一般合金而言要低一个数量级，这也就延缓了高熵合金相的分解。这种扩散迟滞现象使高熵合金拥有良好的热稳定性和抗腐蚀性、高温强度、高温结构稳定性。（4）性能上的鸡尾酒效应在2003年，鸡尾酒效应被Ranganathan[9]首次用在一般合金上。由于高熵合金是由多种元素组成的，并且每种元素都可以当作主元素，因此每种元素之间会出现相互影响的现象，各个元素共同作用于合金影响合金的整体性能，这种相互协同作用会使合金的整体性能值超过合金中各个元素的平均值即类似于1+1>2。这种现象为合金元素的选择，性能的把控，组织结构的预测提供了一定的鉴赏作用。1.1.2高熵合金的制备方法目前，高熵合金已经被应用在很多领域，根据使用目的的不同会要求不同的生产工艺，同时根据样品的最初形态也会使用不同的合成设备以及合成方法。一般有以下几种制备方法：（1）真空电弧熔炼法；（2）真空感应熔炼法；（3）机械合金化
鹛氐闶牵阂淮文芄蝗哿?的样品较多、合金晶粒相对细孝合金的成分较为均匀、致密度比较高。但是由于铜模坩埚的容量有限，大块儿的合金还是没法制备。一般对于冷却速率要求较高时，还往往会连同使用铜模铸造法。铜模铸造法的原理是通过建立铜模坩埚的压差，将处于液态的合金锭以极快的速度注入水冷模具中，获得快速冷却样品的方法，但是这种方法得到的样品有时候会很少，造成了原料的浪费。（2）真空感应熔炼法与真空电弧炉熔炼法类似，真空感应熔炼法也是炼制高熵合金中常用的一种方法。但是其原理和真空熔炼炉却有所差别，图1-3为真空感应熔炼设备的内部示意图，它是通过电磁感应来产生热量的，通过包裹在样品外面的金属线圈产生涡流，从而加热熔化合金原料。在熔炼过程中可以对原材料进行真空脱氧、脱氮等一系列操作，因此熔炼的合金锭含的杂质相对来说较少。由于加热快，抽真空时间短，操作方便容易控制等特点，这种方法比较适用于探索性的小规模实验。图1-3真空感应熔炼炉示意图（3）机械合金化法机械合金化法又称球磨法，是一种针对固态粉末制备的方法。首先将一定量的合金粉末放进高能球磨机中与一定量的研磨介质（一般为不锈钢球）混合，之后合金粉末通过不断地被搅拌研磨，经过不断地碎裂、变形和冷焊，在经过一系列物理化学变化过程之后，形成成分均匀的纳米晶粒[10]或者非晶合金的合金化[11]方法。由
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlxFeCoCrNiCu（x=0.25、0.5、1.0）高熵合金的组织结构和电化学性能研究[J]. 牛雪莲,王立久,孙丹,Julius Jellinek. 功能材料. 2013(04)
[2]相图热力学计算在新型钴基高温合金设计中的应用[J]. 杨舒宇,蒋敏,王磊. 材料与冶金学报. 2011(04)
[3]粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展[J]. 沈元勋,肖志瑜,温利平,潘国如,李元元. 粉末冶金工业. 2006(03)
博士论文
[1]高强度TiZrAlV合金的制备及组织性能研究[D]. 景然.燕山大学 2013
[2]L12相强化的耐热铝合金相关体系热力学研究[D]. 薄宏.中南大学 2013
硕士论文
[1]耐高温高熵合金的成分设计和性能优化[D]. 姚宏伟.太原理工大学 2017
[2]CuCrFeNiMn基高熵合金的微观组织和耐腐蚀性能研究[D]. 房伟峰.郑州大学 2014
[3]Al-Ti-Zr三元系相关系的研究[D]. 杨冯.中南大学 2014
本文编号：3013112
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