多组元中熵合金的微观组织与力学性能研究
发布时间：2021-02-08 00:49
高熵和中熵合金是在探索熵对稳定化学无序的固溶体结构或结构无序的非晶结构基础上发展而来,且非等原子比-多相第二代高熵合金中每种元素的原子数以不同比例调配,合金的设计自由度更大、性能上的“鸡尾酒”效应发挥更充分,通常同时具有高强、高温热稳定性和高耐蚀性等,弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足,近年来其开发与研究工作备受关注。本文以中熵合金Fe77.3-x7.3-x Mnx Si9.1Cr9.8C3.8（x=1437,at.%）为研究对象,利用磁悬浮熔炼+真空吸铸法制备棒状试样,由热力学模型计算相关参数及合金层错能,分析Mn含量变化对合金微观组织及室温力学性能的影响,并研究了低温处理及高温热处理对中熵合金微观组织及力学性能的影响。首先,由Boltzmann统计热力学理论,计算了Fe77.3-x7.3-x Mnx Si9.1Cr9.8C3.8（x=1...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
N组元合金按等原子比混合时合金混合熵[3]
，其熵值不小于1.5R。由图1.1可见，当组元数增加到一定值时，合金混合熵随组元数增长的速率已减慢，远不及五元合金混合熵的增长速率，可见当组元数达到一定数值时，已不能再单纯地依赖增加组元数目来显著提高合金材料的混合熵。然而，随着研究的进一步发展，在这个根据熵值来划分合金种类的普遍接受但并不严谨的定义下，学者对于中高熵合金的定义又有所拓展，如近年来学者提出的近等原子比或非等原子比高熵合金[6,7]。这些新合金设计理念的提出大大丰富了中熵、高熵合金系统种类，使得中熵、高熵合金的开发应用更加广泛。图1.2通过混合熵对合金的划分图
子半径的原子碰撞激烈、随机自由分布使得晶胞单元内畸变程度很大，兼之原子间的强烈键合力的作用，使得原子在自由扩散过程中克服周围相互作用力需要更多的能量，而在融入“新集体”过程中同样也要做更多功，同时在原子迁移过程中不停地与周围随机分布的原子碰撞消耗能量，因此扩散过程的进行很大程度地被抑制，即出现迟滞扩散效应。扩散速率的降低大大削弱了塑韧性较好的固溶体相的产生。合金的流动性不及纯金属，因此成型后在原子尺度上晶胞内通常会有点缺陷及空位，扩散的实质就是高能态原子受激发迁移填充空位的过程，如图1.2所示，但空位填充的过程也不是一蹴而就的，需要考虑原子间的相互作用力及填充后系统能量有无突变。若受激发原子填充后能量使系统平稳，再无二次激发现象，此时原子处于能量较低的稳定态，不再发生跃迁；若游离原子填充空位后仍处于高能态，此时高能态的原子并不稳定，而是在晶格平衡位置受力振动，发生二次跃迁。图1.2原子尺度的空缺影响能量及扩散速率[8]由于制备中熵合金元素多样，元素具有唯一性，不同元素具有不同性质，各种元素间彼此影响，去粗取精，使得中熵合金呈现出复合效应，表现为某一元素突出的特性会带动合金整体在该方面突出的性能表现。如钢中添加微量P、S元素将会使材料变脆，材料性能严重降低；合金中添加Cu、Au等有色金属会使金属材料颜色变沉；而Li、Al等轻金属的添加明显降低合金密度，在保证合金强度的同时降低材料质量，这类材料也是航空领域界的迫切需求；同时Cr、Mo、Ni等元素的添加会使合金耐腐蚀性能大大提高，从而制备出潮湿环境所需的耐蚀材料。这种现象类似于合金优性能的“强强联合”，因而使得中熵合金性能突出，达到传统合金所不能企及的高度。中熵合金的设计本就是近年来地方新课题?
本文编号：3023100
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
N组元合金按等原子比混合时合金混合熵[3]
，其熵值不小于1.5R。由图1.1可见，当组元数增加到一定值时，合金混合熵随组元数增长的速率已减慢，远不及五元合金混合熵的增长速率，可见当组元数达到一定数值时，已不能再单纯地依赖增加组元数目来显著提高合金材料的混合熵。然而，随着研究的进一步发展，在这个根据熵值来划分合金种类的普遍接受但并不严谨的定义下，学者对于中高熵合金的定义又有所拓展，如近年来学者提出的近等原子比或非等原子比高熵合金[6,7]。这些新合金设计理念的提出大大丰富了中熵、高熵合金系统种类，使得中熵、高熵合金的开发应用更加广泛。图1.2通过混合熵对合金的划分图
子半径的原子碰撞激烈、随机自由分布使得晶胞单元内畸变程度很大，兼之原子间的强烈键合力的作用，使得原子在自由扩散过程中克服周围相互作用力需要更多的能量，而在融入“新集体”过程中同样也要做更多功，同时在原子迁移过程中不停地与周围随机分布的原子碰撞消耗能量，因此扩散过程的进行很大程度地被抑制，即出现迟滞扩散效应。扩散速率的降低大大削弱了塑韧性较好的固溶体相的产生。合金的流动性不及纯金属，因此成型后在原子尺度上晶胞内通常会有点缺陷及空位，扩散的实质就是高能态原子受激发迁移填充空位的过程，如图1.2所示，但空位填充的过程也不是一蹴而就的，需要考虑原子间的相互作用力及填充后系统能量有无突变。若受激发原子填充后能量使系统平稳，再无二次激发现象，此时原子处于能量较低的稳定态，不再发生跃迁；若游离原子填充空位后仍处于高能态，此时高能态的原子并不稳定，而是在晶格平衡位置受力振动，发生二次跃迁。图1.2原子尺度的空缺影响能量及扩散速率[8]由于制备中熵合金元素多样，元素具有唯一性，不同元素具有不同性质，各种元素间彼此影响，去粗取精，使得中熵合金呈现出复合效应，表现为某一元素突出的特性会带动合金整体在该方面突出的性能表现。如钢中添加微量P、S元素将会使材料变脆，材料性能严重降低；合金中添加Cu、Au等有色金属会使金属材料颜色变沉；而Li、Al等轻金属的添加明显降低合金密度，在保证合金强度的同时降低材料质量，这类材料也是航空领域界的迫切需求；同时Cr、Mo、Ni等元素的添加会使合金耐腐蚀性能大大提高，从而制备出潮湿环境所需的耐蚀材料。这种现象类似于合金优性能的“强强联合”，因而使得中熵合金性能突出，达到传统合金所不能企及的高度。中熵合金的设计本就是近年来地方新课题?
本文编号：3023100
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