真空熔炼制备FeMnCrCo系双相高熵合金的组织调控及性能研究

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本文以Fe、Mn、Cr、Co四种单质金属为原料,通过真空熔炼法制备了Fe65-xMn20Cr15Cox(x=5,10,15,20)高熵合金,并对其组织及性能进行了系统的分析与讨论;此外,再以Fe45Mn20Cr15C20高熵合金为研究对象,深入探究退火温度对其组织结构与性能的影响。铸态Fe65-xMn20Cr15Cox(x=5,10,15,20)高熵合金均为γ奥氏体+ε马氏体的双相组织,且随着Co含量增加,合金体系层错能逐步降低,粗大的板条马氏体组织逐渐细化,两相含量及相界面面积也相应地发生变化。通过真空熔炼法制备的高熵合金实际成分与名义成分几乎一致,且无明显的元素偏析现象。同时,在高熵效应的作用下,合金的孪晶界数量逐渐增加,大角度晶界逐渐减少,晶粒尺寸也逐渐减小。此外,合金在升温过程中都可以观察到一个吸热峰和放热峰,分别对应于ε→γ和γ→ε相变,且其相变特征温度也逐步整体向高温方向偏移。随着Co含量的增加,合金体系的密度逐渐增加,硬度及延伸率逐渐降低,抗拉强度先增大后减小,抗拉强度最高为849.3 MPa。合金的磁性逐渐减弱,并逐渐从铁磁型转变为顺磁型。室温条件下,随着应变振幅的增加,阻尼内耗曲线先迅速增加而后趋于平缓,阻尼内耗峰值也逐渐增大,最大值Q-1max=0.0595;而在不同测试频率下的阻尼内耗曲线则会表现出三种变化类型;各成分的高熵合金均在200℃左右存在一个较高的ε→γ相变阻尼内耗峰。此外,合金体系的耐蚀性能也呈现先增加后降低的趋势,其中Fe50Mn20Cr15Co15高熵合金的耐蚀性能最佳。退火处理对Fe45Mn20Cr15C20高熵合金的微观组织及性能有显著影响。结果表明,退火态合金并无新相生成,但各相的占比有一定程度的改变。随着退火温度的提升,γ奥氏体相含量逐渐减少,而ε马氏体相含量逐渐增加;大角度晶界数量逐渐增加,基体组织逐渐增大,并在1000℃退火时形成规则排列的方格状组织和退火孪晶。随着温度的提升,合金的磁学性能逐渐增强,并从顺磁型合金转变为铁磁型合金。退火态合金的抗拉强度与延伸率均有所下降,而维氏硬度却略有提升。退火后的阻尼性能得到明显的提升,经1000℃退火合金的阻尼峰值Q-1max=0.0729,增幅达29%;当进一步提升退火温度后,阻尼性能却急剧下降,这与合金内部的孪晶、层错、相界面等阻尼源数量降低以及内应力增大有关。退火态合金的耐蚀性能同样得到了明显改善,在900℃时退火获得最佳的耐蚀性能;而当进一步提升退火温度后会造成晶界处的内应力增加,进而使得其耐蚀性能有所下降。
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