粉末冶金FeCoNi(CuAl)_x高熵合金的显微组织与力学性能

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jbdh2009
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高熵合金由于具有多种复杂效应,相比传统合金具有更优异的力学性能,如:高强度、高硬度和较高的耐磨性和抗氧化性,是金属新材料的重点研究方向。粉末冶金制备高熵合金体系研究时间短,理论还不完善,本论文采用粉末冶金方法制备出具备良好综合力学性能的FeCoNi(CuAl)x高熵合金材料,研究烧结温度和热处理过程对材料组织和力学性能的影响,探讨了合金元素含量对相变的影响规律,主要研究内容如下:研究了FeCoNi(CuAl)0.4高熵合金粉末机械合金化过程中元素的合金化顺序及合金化完成后粉末的相组成。结果表明,元素的熔点越低,越早发生固溶,其衍射峰越早消失,粉末球磨40 h后获得晶格常数为0.36009 nm的单相FCC结构的固溶体。研究了FeCoNi(CuAl)x高熵合金中Al、Cu元素含量对合金化完成速度的影响,发现添加Al、Cu元素后,合金化完成所需的时间延长。FeCoNi合金粉末的DSC结果表明,加热过程中无相变发生,添加Al、Cu元素后,合金粉末在升温时均出现了第二相的析出和溶解过程,Al、Cu元素含量的增加可降低第二相的析出相变温度。研究了烧结温度对FeCoNi(CuAl)0.4高熵合金相组成、显微组织和力学性能的影响,探讨了合金的强化机制。发现在不同的烧结温度下相组成不同,在950-1050℃烧结时,组织由FCC+BCC双相构成;在1100℃烧结时,组织为单相的FCC,根据XRD分析可知,BCC相的比例随烧结温度的升高而降低。双相高熵合金显微组织中,BCC相均呈颗粒状弥散分布于FCC基体上,基体相的晶粒尺寸随着烧结温度的升高不断增大。烧结温度升高,FeCoNi(CuAl)0.4高熵合金的相对密度和屈服强度均先升高后降低,在1050℃烧结时具有最高的压缩屈服强度,达到1562.4 MPa。定量分析在1050℃烧结块体中各种强化机制的影响,计算屈服强度为1688 MPa,和实验值基本一致,并且晶界强化是主要的强化机制。研究了热处理温度对1100℃烧结获得的单相FCC FeCoNi(CuAl)0.4高熵合金相组成、显微组织及力学性能的影响。在500、600和700℃分别进行热处理后均从基体相中析出了BCC相,BCC相的含量及尺寸随着热处理温度的升高先增大后减小,在600℃热处理时,BCC相含量最多。随热处理温度升高,材料的屈服强度和硬度先升高后降低。在1100℃下对合金粉末进行SPS烧结,制备了FeCoNi(CuAl)x(x=0,0.4,0.6,0.8,1.0)五种成分的高熵合金,探讨Al、Cu元素含量的变化对相组成、显微组织与力学性能的影响规律。发现在x=0时组织基本由单相的FCC构成;当x=0.4,0.6,0.8和1.0时,组织由FCC+BCC双相构成,从XRD和SEM图中可以看出,随着Al、Cu元素含量的增多,BCC相的含量不断增多,且分布形态从颗粒状弥散分布变化为团聚状。向FeCoNi合金中添加少量Al、Cu元素能有效抑制晶粒长大,Al、Cu元素含量从0增加到0.4时,FCC相平均晶粒尺寸从0.95显著下降到0.30μm;x从0.4继续增大到1.0时,FCC相和BCC相的晶粒尺寸分别从0.30和0.27μm升高到0.68和0.84μm。随着Al、Cu元素含量的升高,FeCoNi(CuAl)x高熵合金的屈服强度和硬度呈现出先逐渐升高后略有降低的趋势,塑性则呈逐渐下降趋势。合金在x=0.6时取得最优异的力学性能,压缩屈服强度和塑性分别为1467.7 MPa和24.9%。
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