AlCoCrFeMoNi系高熵合金组织与性能研究

发布时间：2020-06-27 08:48

【摘要】：高熵合金是近年来发展出来的一种多主元合金。其合金设计理念打破了长达千年的以一或两种元素为主元的合金设计思路,开拓了合金设计的新领域。性能上,高熵合金具有明显优于传统合金的潜质。但现阶段,高熵合金仍处于探索性研究阶段,在理论和应用方面都很不成熟,离高熵合金的商业化应用还有很大的距离。因此,有必要集中力量针对性的对有可能在某些领域实现应用的高熵合金展开研究。高熵合金的固溶强化效应、迟滞扩散效应利于合金的热稳定、高温抗软化、以及高温强度等性能。为探索出具有耐高温潜质及应用性的高熵合金,本文首先研究了AlCoCr_2FeMo_(0.5)Ni高熵合金。文献报道该合金的高温硬度以及热稳定性均优于Inconel 718镍基高温合金,但经实验室研究发现,AlCoCr_2Fe Mo_(0.5)Ni高熵合金存在严重的脆性,其显微组织由BCC结构的基体、大量脆性σ相及NiAl金属间化合物组成,并且通过热处理的方式难以改善其塑韧性,因此该合金现阶段难以作为结构材料。针对高熵合金的大数据体系、高熵合金研究形式的单一以及传统试错法的缺陷,本文采用了新颖的A_xB_yC_(100-a-b-x-y)D_aE_b…高熵合金设计形式(该形式可根据性能要求设定D,E…主元成分,A、B、C主元含量可在0~50%之间变化并进行协同性作用),并结合高熵合金形成相判据,在AlCoCrFeMoNi高熵合金系中,利用高通量的计算方法,设计了4种新型高熵合金并进行了实验研究。结果如下:(1)4种新型高熵合金的组织均符合预期,其中AlCoCrFeMo_(0.05)Ni_2高熵合金力学性能优异具有耐高温潜质,其显微组织由FCC结构、BCC结构固溶体以及BCC结构的纳米析出相组成,铸态时其室温抗拉强度为970MPa,700℃时高温抗拉强度达640MPa。(2)对比分析AlCoCrFeMo_(0.05)Ni_2高熵合金的锻态与铸态组织性能后,发现锻造后,该合金组织显著细化,强塑性大幅提升,抗拉强度达1208MPa,断后伸长率为25%。(3)对AlCoCrFeMo_(0.05)Ni_2高熵合金进行固溶及时效处理研究后,发现合金中析出了大量的针状新相,并随固溶温度的升高而发生粗化及回熔,合金硬度下降。新相的弥散强化作用使该合金具有显著的时效硬化现象,在650℃~700℃之间,时效硬化效果最佳。BCC结构的纳米级析出相经时效处理后,发生粗化长大,并向晶界聚集,形成σ相,导致该合金脆化。(4)AlCoCrFeMo_(0.05)Ni_2高熵合金锻态经680℃时效8h后,抗拉强度可达1393MPa,屈服强度可达1080MPa,断后伸长率为19.5%。高温下,该合金具有优异的热塑性,经700℃时效150h后,在700℃下拉伸的断后伸长率可以达到80%。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139
【图文】：

对比图,合金,种类,对比图

已开发且具有实用性的合金大概有 30 多等。这种以一或两种元素为主，通过添时代持续至今，其发展已经趋于成熟[1]。杂的析出相出现的越多，尤其是脆性相如吉布斯相律 P=N+1 所示，相的种类取成分未得到突破，性能也难以提升，可谓并未放弃，依然尝试突破成分范围的限显著优于传统合金并成为研究热点[5]。源于学者对非晶材料的探索，认为高的混将多种元素等摩尔比混合以寻求大块非形成了简单固溶体相而非玻璃相，高熵预测，如图 1.1 所示[7]。这种现象由台湾熵抑制了金属间化合物的产生，并将此种

混合熵,合金

图 1.2 按混合熵大小的合金分类[12,15] Alloy classification according to the entropy of mix

【参考文献】