FeAlCuCrNiNb x 系高熵合金堆焊层的组织及性能分析
发布时间：2021-03-25 17:54
为了研究Nb元素含量对FeAlCuCrNiNbx（x=0.4,0.6,0.8,1.0,x为摩尔比）高熵合金的组织结构及性能的影响,采用熔化极气体保护焊技术在碳钢板表面制备出FeAlCuCrNiNbx高熵合金堆焊层,而后对堆焊层进行显微组织、物相组成、显微硬度、耐磨性和耐蚀性分析.结果表明,FeCuCrAlNiNbx高熵合金堆焊层呈现以Fe-Cr相为基的BCC固溶体和少量MC共晶碳化物.组织为典型的枝晶结构,由灰色的枝晶（DR）及白色的枝晶间（ID）结构组成.对于耐磨性,加入适量的Nb元素可以显著提高堆焊层的显微硬度和耐磨性,当Nb摩尔比为0.8时,显微硬度最高,耐磨性最好,最大硬度值达到602 HV,磨损量最小为0.30 g.对于耐蚀性,加入一定量的Nb元素后极化曲线中自腐蚀电流密度减小,腐蚀速率减慢,耐蚀性增强,均优于304不锈钢,当Nb摩尔比为1.0时,堆焊层合金耐蚀性最好.
【文章来源】：焊接学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
FeAlCuCrNiNbx系高熵合金各成分参数值
图2为FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层X射线衍射对比分析.由图2可知，堆焊层由BCC固溶体和少量MC共晶碳化物组成，堆焊层合金主体为BCC固溶体，通过PDF标准卡片对比可得，此衍射峰与Fe-Cr相吻合，表明FeAlCuCrNiNbx系高熵合金在堆焊过程中形成的BCC固溶体应以FeCr相为主.而在衍射峰2θ=34.730°和2θ=40.316°附近出现的小峰为FCC固溶体，如图2b为图2a中虚线部分放大图，可得少量的MC共晶碳化物.经对比MC共晶碳化物的X射线衍射峰主要为NbC相（PDF:32-1383)[12]，随着Nb含量的增加，MC共晶碳化物先增加后减少，衍射峰没有发生偏移现象，与之前理论参数值计算相吻合.2.2 Nb含量对微观组织的影响
图4为FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层横截面显微硬度分布.从图4可以直观的看到，横截面显微硬度随着Nb含量的增加呈先增大后减小的趋势，当Nb0.8时显微硬度值最高，为602 HV，约为基材硬度的2.6倍.另外，热影响区显微硬度与焊缝表面显微硬度变化趋势相同，并且热影响区的显微硬度都比焊缝表面显微硬度小.图5为FeAlCuCrNiNb0.8高熵合金横截面组织形貌，由于热影响区属于不完全结晶区，吸收的热量大多用于晶粒生长，使得晶粒易粗大，致使其韧性、显微硬度降低[14].而焊缝为完全结晶区，组织细化程度要优于热影响区，因此热影响区显微硬度比焊缝显微硬度小.图6为FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层平均显微硬度与磨损量对比，堆焊层显微硬度值随着Nb含量的增加呈现先增大后减小的趋势.Nb0.8时，平均硬度最大，为596 HV，磨损量曲线呈先减小后增大的趋势，且磨损量最小，为0.30 g.这说明此材料晶粒越小硬度越高，合金的耐磨性越好.基体的平均硬度为232 HV，均低于各成分堆焊层合金的平均硬度，Nb是强碳化物形成元素，原子半径相对较大，发生晶格畸变，使得位错运动受阻，致使高熵合金硬度远高于基体[15].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of molybdenum on the microstructure and wear resistance of hypoeutectic Fe-Cr-B-C hardfacing alloys[J]. 汪圣林,崔丽,贺定勇,刘昊,王旭. China Welding. 2018(04)
[2]Nb对激光熔覆MoFeCrTiWAlNbx高熔点高熵合金组织与性能的影响[J]. 尚晓娟,刘其斌,郭亚雄,徐鹏,周芳. 功能材料. 2017(12)
[3]45钢表面高能微弧火花数控化沉积AlCoCrFeNi高熵合金[J]. 王小荣,王朝琴,何鹏,林铁松. 焊接学报. 2016(10)
[4]Nb元素对低碳Stellite合金激光熔覆层显微组织和磨损性能的影响[J]. 任方成,姚建华,刘蓉,陈新超,毛伟. 金属热处理. 2016(10)
[5]焊接热输入对800MPa超级钢焊接接头组织性能的影响[J]. 赵洪运,刘甲坤,骆宗安,胡海峰,王国栋. 焊接学报. 2011(08)
[6]奥氏体不锈钢焊缝金属的电化学腐蚀性能[J]. 张俊旺,王文先,黄延平,王保东,刘旭. 焊接学报. 2007(02)
[7]Study on microstructure and properties of high velocity arc sprayed Fe3Al intermetallic coating[J]. 朱子新,徐滨士,马世宁,杜则裕. China Welding. 2002(01)
硕士论文
[1]激光熔覆MoFeCrTiWAlNbx高熔点高熵合金涂层[D]. 尚晓娟.贵州大学 2018
[2]高熵固溶体合金的相组成和力学性能研究[D]. 赵红艳.大连理工大学 2015
[3]CrFeCoNiTix高熵合金力学性能及耐腐蚀性能研究[D]. 贾强.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3100065
【文章来源】：焊接学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
FeAlCuCrNiNbx系高熵合金各成分参数值
图2为FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层X射线衍射对比分析.由图2可知，堆焊层由BCC固溶体和少量MC共晶碳化物组成，堆焊层合金主体为BCC固溶体，通过PDF标准卡片对比可得，此衍射峰与Fe-Cr相吻合，表明FeAlCuCrNiNbx系高熵合金在堆焊过程中形成的BCC固溶体应以FeCr相为主.而在衍射峰2θ=34.730°和2θ=40.316°附近出现的小峰为FCC固溶体，如图2b为图2a中虚线部分放大图，可得少量的MC共晶碳化物.经对比MC共晶碳化物的X射线衍射峰主要为NbC相（PDF:32-1383)[12]，随着Nb含量的增加，MC共晶碳化物先增加后减少，衍射峰没有发生偏移现象，与之前理论参数值计算相吻合.2.2 Nb含量对微观组织的影响
图4为FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层横截面显微硬度分布.从图4可以直观的看到，横截面显微硬度随着Nb含量的增加呈先增大后减小的趋势，当Nb0.8时显微硬度值最高，为602 HV，约为基材硬度的2.6倍.另外，热影响区显微硬度与焊缝表面显微硬度变化趋势相同，并且热影响区的显微硬度都比焊缝表面显微硬度小.图5为FeAlCuCrNiNb0.8高熵合金横截面组织形貌，由于热影响区属于不完全结晶区，吸收的热量大多用于晶粒生长，使得晶粒易粗大，致使其韧性、显微硬度降低[14].而焊缝为完全结晶区，组织细化程度要优于热影响区，因此热影响区显微硬度比焊缝显微硬度小.图6为FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层平均显微硬度与磨损量对比，堆焊层显微硬度值随着Nb含量的增加呈现先增大后减小的趋势.Nb0.8时，平均硬度最大，为596 HV，磨损量曲线呈先减小后增大的趋势，且磨损量最小，为0.30 g.这说明此材料晶粒越小硬度越高，合金的耐磨性越好.基体的平均硬度为232 HV，均低于各成分堆焊层合金的平均硬度，Nb是强碳化物形成元素，原子半径相对较大，发生晶格畸变，使得位错运动受阻，致使高熵合金硬度远高于基体[15].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of molybdenum on the microstructure and wear resistance of hypoeutectic Fe-Cr-B-C hardfacing alloys[J]. 汪圣林,崔丽,贺定勇,刘昊,王旭. China Welding. 2018(04)
[2]Nb对激光熔覆MoFeCrTiWAlNbx高熔点高熵合金组织与性能的影响[J]. 尚晓娟,刘其斌,郭亚雄,徐鹏,周芳. 功能材料. 2017(12)
[3]45钢表面高能微弧火花数控化沉积AlCoCrFeNi高熵合金[J]. 王小荣,王朝琴,何鹏,林铁松. 焊接学报. 2016(10)
[4]Nb元素对低碳Stellite合金激光熔覆层显微组织和磨损性能的影响[J]. 任方成,姚建华,刘蓉,陈新超,毛伟. 金属热处理. 2016(10)
[5]焊接热输入对800MPa超级钢焊接接头组织性能的影响[J]. 赵洪运,刘甲坤,骆宗安,胡海峰,王国栋. 焊接学报. 2011(08)
[6]奥氏体不锈钢焊缝金属的电化学腐蚀性能[J]. 张俊旺,王文先,黄延平,王保东,刘旭. 焊接学报. 2007(02)
[7]Study on microstructure and properties of high velocity arc sprayed Fe3Al intermetallic coating[J]. 朱子新,徐滨士,马世宁,杜则裕. China Welding. 2002(01)
硕士论文
[1]激光熔覆MoFeCrTiWAlNbx高熔点高熵合金涂层[D]. 尚晓娟.贵州大学 2018
[2]高熵固溶体合金的相组成和力学性能研究[D]. 赵红艳.大连理工大学 2015
[3]CrFeCoNiTix高熵合金力学性能及耐腐蚀性能研究[D]. 贾强.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3100065
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