多主元合金的凝固组织和性能研究

发布时间：2020-05-20 03:58

【摘要】：本文以(Co/Cr/Fe/Ni)_3Nb_x为研究对象,利用非自耗真空电弧熔炼炉制备合金母锭,借助各种分析测试技术研究合金的组织、成分变化、相组成以及相变过程,并对合金的力学性能进行表征,同时探究了原子半径差(δ)、混合焓(ΔH)、电负性(ΔX)、价电子浓度(VEC)、d轨道平均能量值(Md)等热物理参数对合金相形成的影响。本文借助Themo-Calc相图模拟软件,并结合实验数据,绘制了简易的伪二元相图。在CoFeNi、CrFeNi、CoCrFe及CoCrNi三元合金中,CoFeNi、CrFeNi和CoCrNi均为单相FCC结构,而CoCrFe合金由FCC和σ相组成。加入Nb元素后CoFeNiNb_(0.5)、CrFeNiNb_(0.5)、CoCrFeNb_(0.5)及CoCrNiNb_(0.5)多主元合金中均出现了Laves相。并且,除CoCrFeNb_(0.5)合金外,其余合金中均出现了共晶组织。三元合金中FCC单相合金都表现出了良好的塑性,而CoCrFe合金由于σ相的形成,塑性变差,应变仅为17.7%。加入Nb元素后,合金的强度大幅增加,而塑性相比于对应的三元合金都有所下降。综合分析该系列合金,发现三元CoCrNi及四元CoCrNiNb_(0.5)合金具有最优的组织与性能。CoCrNiNb_x多主元合金由FCC及Laves相组成,且共晶组织的体积分数随着Nb含量的升高先增加后减少。试验结果表明,当x0.46时,为亚共晶合金;当x=0.46时,形成完全共晶组织;当x0.46时,为过共晶合金。亚共晶合金中,FCC相初生枝晶的硬度随着Nb含量的增加而增加,过共晶合金中初生Laves相枝晶的硬度较亚共晶合金显著增加。在CoCrNiNb_x系列多主元合金中FCC相与共晶组织的比例约为2:1时,合金的力学性能较优。试验证明,相预测参数δ、ΔH、ΔX及VEC在CoCrNiNb_x系列多主元合金中并不适用,而参数Md可以较准确地预测CoCrNiNb_x多主元合金的相形成规律,当Md≤0.882时,CoCrNiNb_x多主元合金为单相FCC结构,而Md0.882时出现化合物相。热差分析表明在CoCrNiNb_x多主元合金中,亚共晶合金中存在三个相变,凝固过程中,亚共晶合金先析出枝晶FCC相,再发生共晶反应,随着温度进一步降低,部分先析出FCC相发生固态相变,形成了Laves相,其室温组织为:先析出FCC相+共晶组织(Laves+FCC)+固态相变组织(Laves);而过共晶合金只有两个相变,凝固过程中,Laves相在枝晶首先形核并长大,随着温度降低,发生共晶反应。Themo-calc软件相图模拟结果与试验结果基本吻合。共晶CoCrNiNb_(0.46)多主元合金经不同的热处理工艺后,相组成未发生变化,但随着热处理温度的升高及保温时间的增加,共晶层片结构的稳定性降低,层片间距增加;在900℃保温72 h后,层片结构几乎消失。当组织中层片结构消失时,合金硬度大幅降低。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139

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本文编号：2672009