难熔Ti_xAlCrNbV高熵合金的显微组织与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaodong0814
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难熔高熵合金具有高熔点的同时具有高熵合金的特性,表现出优异的高温性能,有望成为新一代高温材料,引起了国内外广泛关注。本文根据高熵合金设计理念,以Ti-Al-Cr-Nb-V为研究对象通过真空感应熔炼技术(ISM)分别制备TiAlCrNbV、Ti1.5AlCrNbV、Ti2AlCrNbV高熵合金,研究了合金铸态、退火态显微组织与力学性能,高温抗氧化性,高温热变形能力,得出以下结论:通过高熵判据和固溶判据预测合金相组成,利用XRD、SEM、EDS分析高熵合金铸态和退火态的相组成和显微组织,通过常温压缩、高温压缩、硬度测试分析合金力学性能。发现铸态TixAlCrNbV高熵合金是由简单体心立方固溶体构成,当x=1、1.5时,退火态合金在体心立方基体上析出高硬度的Laves C14相;合金具有很强的硬度和强度,退火后硬度值随着Laves相的析出而增强,其中TiAlCrNbV合金铸态和退火态的硬度分别为689.5HV和740HV,Ti1.5AlCrNbV合金铸态和退火态室温强度分别为1561MPa和1660MPa,断裂形式为脆性断裂。合金具有良好的高温性能,在750℃和850℃时,Ti1.5AlCrNbV合金的屈服强度分别为1100MPa和667MPa。研究高熵合金在800℃抗氧化行为及氧化层结构发现TixAlCrNbV高熵合金氧化产物种类多样,分别有TiO2、Al2O3、(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2、Ti0.8Cr0.1Nb0.8O2、V2O5、AlVO4。氧化物呈层状分布,一共存在3层不同结构:第一层是TiO2、Ti0.8Cr0.1Nb0.1O2、(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2等氧化物混合物。第二层是Al2O3、V2O5和AlVO4混合物。第三层是氧元素的扩散层。Ti元素的含量对TixAlCrNbV高熵合金抗氧化性有影响,当Ti元素含量较少时,试样表面不能生成足够的TiO2阻止O原子进入,O原子在较少的TiO2保护下能够轻松进入氧元素扩散层;当Ti元素含量较多时,Al元素所占成分就相应的降低,导致Al2O3生成量降低,再加上V元素对Al2O3的毒害作用,使得合金的抗氧化能力下降。对高熵合金高温热变行行为的研究发现合金变形分为三段:第一段是加工硬化阶段,第二段是应力的降低阶段,第三阶段是稳态阶段。变形温度的升高和变形速率的降低都有利于动态回复、动态再结晶两种软化机制的进行,降低加工硬化效果。计算得到TixAlCrNbV高熵合金在变形温度为1000℃1200℃、变形速率为0.1s-10.001s-1时,Ti1.5AlCrNbV高熵合金热激活能319.201 kJ/mol,本构方程为:(?)=0)0)22.53[sinh(0.00664563)]2.14exp(-319201/)合金的动态再结晶机制为非连续动态再结晶,在未发生动态再结晶时,变形组织沿垂直于变形方向呈现被拉长的流线,再结晶晶粒在原有变形较大的晶界处优先形核。
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