CoCrFeNiW_x高熵合金组织与力学性能研究

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CoCrFeNi体系高熵合金具有优良的塑性,但强度较低,这成为限制该体系高熵合金应用的因素之一。W元素具有大原子半径,和其余四种元素的混合焓较低,另外和Fe、Co等元素在高温可生成μ相。在镍基、钴基高温合金中也作为固溶强化元素获得广泛的应用。为了提高合金强度,出现了通过添加过渡族元素生成脆硬TCP相的强化手段。W元素可促进镍基高温合金产生μ相。但目前关于W元素对CoCrFeNi高熵合金的影响研究较少,因此本文通过电弧熔炼制备CoCrFeNiWx高熵合金,分别对铸态、铸态+热处理、冷变形+热处理试样进行了组织和性能的研究。随W含量增加(x=0-0.6),铸态合金由单相固溶体(x=0,0.2)过渡到FCC+(FCC+μ)亚共晶组织(x=0.4)和μ+(FCC+μ)过共晶组织。CoCrFeNi合金、CoCrFeNiW0.2合金、CoCrFeNiW0.4合金具有良好的塑性,强度随W元素含量增加而增加,塑性则降低(x=0,0.2,0.4)。CoCrFeNiW0.6合金具有大尺寸μ相枝晶,其失效方式为脆性断裂,拉伸强度较低。对铸态合金进行1200℃/3h退火处理,含有过饱和W元素的FCC固溶体析出直径约为1μm的细小μ相颗粒,这些颗粒可以有效的阻碍位错运动,造成第二相强化。FCC固溶体析出μ相会导致其W元素含量降低,削弱了固溶强化作用。两种因素综合作用导致退火态CoCrFeNiW0.2合金具有更高的加工硬化率,与铸态CoCrFeNiW0.2合金相比,塑性和强度同时提高(UTS=545.6MPa,EL=60.47%);而CoCrFeNiW0.4合金具有棒状共晶μ相,合金强度升高而塑性降低(UTS=970.9MPa,EL=10.50%),塑性优良的FCC固溶体可抑制μ相裂纹扩展。对于单一元素添加的铸态TCP相强化CoCrFeNi高熵合金,TCP相一般为所含元素两两组合的二元相图中具有更高形成温度的金属间化合物。同时CoCrFeNiWx合金FCC固溶体析出μ相的能力可通过(?)值进行评估,μ相析出会导致合金(?)值下降。冷变形+500℃/1.5h热处理CoCrFeNiWx合金(x=0.2,0.4)出现退火硬化效应,可能与W原子钉扎冷变形时产生的位错有关,W原子向位错偏聚,增大了FCC相的强度。冷变形+(800℃/0.5h+700℃/1h)热处理CoCrFeNiW0.4合金出现亚微米富W金属间化合物析出,其分布与合金的局部位错密度相关。另外,W元素添加增大了冷变形态合金的再结晶抗力,降低了合金的再结晶速度。
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