锻造和乳制对CoCrFeNiMn五元高熵合金组织结构和力学性能的影响

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高熵合金作为一种新型合金,突破了传统合金以一种或者两种元素为基的成分设计,以5种以上元素混合制成,其中每种元素原子百分比都在5%到35%之间。由于其本身特有的高熵效应,此类合金可形成简单的FCC或BCC结构,从而拥有很多传统合金不具备的良好性能,随着高熵合金研究的日趋成熟,将会有越来越多的高熵合金有望进入工业化生产从而得到应用。本实验选用Co、 Cr、Fe、Ni、Mn五种元素按照20:26:20:14:20的原子比配比,制备出了以FCC为主要结构的高熵合金,并对其结构和性能进行详细的研究;通过固溶、热锻造、轧制等工艺改变合金内部微观组织性能,并进一步研究各种工艺条件对合金的组织和力学性能的影响。CoCrFeNiMn合金通过电弧熔炼小锭,然后再用感应熔炼制成大锭。经过热锻造加工和室温冷轧,轧制后变形量为40%,腐蚀溶液为酒精稀释的王水,之后采用XRD、SEM等分析方法分析铸态、锻造态和轧制态三种不同状态的合金金相结构和组织形貌,并进行了拉伸试验、显微硬度等不同机械性能的分析测试,研究结果表明:1.CoCrFeNiMn高熵合金的相结构不仅具有面心立方的固溶体基本结构,还有少量针状的第二相,该相组成为Cr2Mn,该相在合金中稳定存在。2.铸态时的高熵合金呈现较好的强度和塑性。在低温条件下断裂强度随着温度的降低而升高,常温时合金的断裂强度为403MPa,而在-196℃时候断裂强倍达到867MPa;高温条件下随着温度的升高材料的强度和韧性都下降,从断口处可以看出,材料的断裂形式发生了变化:材料在拉伸的过程中发生不同程度的韧性断裂。低温下拉伸性能较好,700℃和800℃时韧窝变非常浅,延伸率明显下降。3.变形前后合金均为面心立方固溶体结构,材料并没有发生相转变。铸态合金为典型的树枝晶组织特征,冷变形后合金组织晶粒和枝晶间距离都变小,有助于材料强度的提高。4.室温状态下CoCrFeNiMn五元高熵合金具体性能:铸态显微硬度190HV,断裂强度403Mpa,伸长率为65%;锻造后显微硬度211HV,断裂强度563MPa,延伸率为55%;轧制后合金的显微硬度345HV比铸态提高81.3%,断裂强度达到了1060MPa,相比铸态提高163.1%,此时发生了脆性断裂。
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