【摘 要】
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难熔高熵合金是高熵合金的分支,其组成元素多以高熔点元素为主,具有比传统镍基等高温合金更高的熔点和高温强度,得到了国内外学者的广泛关注。2011年,美国空军实验室Senkov教授首次制备出NbMoTaW以及VNbMoTaW两种难熔高熵合金,并发现这两种合金在高温下的压缩强度都可以达到1000 MPa以上,这项研究为高温合金的设计提供了新思路。难熔高熵合金的目标应用领域是作为航空材料,但其距离实际工程
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难熔高熵合金是高熵合金的分支,其组成元素多以高熔点元素为主,具有比传统镍基等高温合金更高的熔点和高温强度,得到了国内外学者的广泛关注。2011年,美国空军实验室Senkov教授首次制备出NbMoTaW以及VNbMoTaW两种难熔高熵合金,并发现这两种合金在高温下的压缩强度都可以达到1000 MPa以上,这项研究为高温合金的设计提供了新思路。难熔高熵合金的目标应用领域是作为航空材料,但其距离实际工程应用仍有一段距离,密度过高,室温脆性大,抗高温氧化性能较差是其亟待解决的问题。本课题选择Ti、Al、Nb、V、Cr、Si六种元素,利用真空电弧熔炼炉制备了铸态Ti2Al0.5-xSixNbV0.5Cr（x=0、0.1、0.3、0.5）四种难熔高熵合金。利用了X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）观察铸态、退火态（800℃、1000℃、1200℃退火24 h）合金的显微组织及相结构;利用维氏硬度仪、电子万能试验机、Gleeble 3500热模拟试验机测量该合金体系的力学性能;将合金置于800℃和1000℃的空气气氛中进行氧化,研究其抗氧化性能;利用箱式退火炉对合金进行退火实验,研究退火温度对合金的显微组织及力学性能。研究发现,Si加入之后,铸态Ti2Al0.5-xSixNbVo.5Cr（x=0、0.1、0.3、0.5）高熵合金相结构由单相BCC转变为BCC+硅化物+Cr2Nb三相共存,随着Si元素的占比增加,硅化物含量逐渐增加,Cr2Nb相含量先增加后减少。四种合金中的硬度值最大的是Ti2Si0.5NbV0.5Cr合金,其硬度值为586.9 HV;室温压缩强度最高的是Ti2Al0.2Si0.3NbV0.5Cr合金,其断裂强度值为1970.7MPa;综合性能最好的是Ti2A10.4Si0.1NbV0.5Cr合金,其屈服强度为1303.1 MPa,断裂强度为1665.0 MPa,断裂应变为22.4%。四种合金均具有较高的高温强度,Ti2Al0.2Si0.3NbV0.5Cr合金在1000℃的高温强度最高,为419.7 MPa;Ti2Si0.5NbV0.5Cr合金的高温强度最低,为295.5 MPa;Ti2Al0.2Si0.3NbV0.5Cr合金的强度随着温度的升高逐渐降低,在800℃和900℃下的压缩强度分别为878.8 MPa和566.1 MPa。四种合金的抗高温氧化性能较好,在800℃氧化100 h后,Ti2Al0.2Si0.3NbV0.5Cr合金的抗氧化性能最好,平均氧化速率为0.019 mg/cm2·h,Ti2Si0.5NbV0.5Cr合金的抗氧化性能较差,平均氧化速率为 0.043 mg/cm2·h;在 1 000℃氧化 100 h 后,Ti2Al0.2Si0.3NbV0.5Cr 合金的抗氧化性能最好,平均氧化速率为0.175mg/cm2·h,Ti2 Si0.5NbV0.5Cr合金在1000℃下的抗氧化性能较差,在氧化进行到75 h后,轻轻按压氧化样品直接碎化。Ti2Al0.5-xSixNbV0.5Cr（x=0、0.1、0.3、0.5）四种合金在不同温度退火后,组织均匀性和室温压缩性能得到明显改善。随着退火温度的升高,Ti2A10.5NbV0.5Cr合金压缩强度先升高后降低,在800℃退火后断裂强度达到最大值（1769.6 MPa）,塑性下降;Ti2Al0.4Si0.1NbV0.5Cr、Ti2Al0.2Si0.3NbV0.5Cr、Ti2Si0.5NbV0.5Cr 三种合金的压缩强度随退火温度升高逐渐增加,Ti2A10.2Si0.3NbV0.5Cr合金在1200℃退火后断裂强度达到2271.7 MPa,断裂应变值增大。
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