N对双相高熵合金Fe50Mn30Co10Cr10组织及力学性能的影响研究

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高熵合金是最近几年发展起来的新型合金,综合性能优异,具有广阔的应用前景。Fe50Mn30Co10Cr10是具有TRIP效应的双相高熵合金,其强塑性优于大多数传统合金和高熵合金,有望发展成为新型工程材料。但是目前Fe50Mn30Co10)Cr10高熵合金的屈服强度还无法满足工程应用的要求,亟待进一步提高。因此本研究通过引入间隙原子N来进一步改善Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金的力学性能。本文研究了 1.15 at.%氮的添加对铸态和固溶态Fe50Mn30Co10Cr10双相高熵合金的组织结构和力学性能的影响规律。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子背散射衍射技术(EBSD)等手段研究了氮对Fe50Mn30Co10Cr10双相高熵合金组织结构的影响;利用万能材料试验机和冲击试验机研究了氮对Fe50Mn30Co10Cr10双相高熵合金力学性能的影响;并对高熵合金在不同变形量下的组织结构进行观察,分析氮对Fe50Mn30Co10Cr10双相高熵合金变形机制的影响。主要的结论如下:1.15N高熵合金中夹杂物的类型与0N高熵合金中的一致,均为氧化物和硫化物构成的复合夹杂,无氮化物夹杂。氮的加入,细化了铸态高熵合金的晶粒尺寸,同时抑制了 Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金在冷却过程中的热诱发马氏体相变,使高熵合金由双相高熵合金转变成FCC型高熵合金。氮在铸态高熵合金中起间隙固溶强化的作用。另外,氮的加入抑制了拉伸变形过程中的形变诱导马氏体相变,使铸态高熵合金的塑性变形主要通过位错滑移和形变孪晶实现。多种强韧化机制的共同作用,使得铸态1.15N高熵合金在室温下的屈服强度和断裂伸长率更高,抗拉强度略低。铸态高熵合金的室温冲击结果表明,1.15N高熵合金的冲击韧性优于0N高熵合金。经过固溶处理后,实验用高熵合金均只由FCC相构成。氮的加入,明显细化了晶粒尺寸,且未形成氮化物析出相,实现了氮原子全部以间隙原子形式存在于合金中的目标。氮在固溶态高熵合金中起间隙固溶强化和细晶强化的作用,同时氮的加入抑制了拉伸变形过程中的形变诱导马氏体相变,使固溶态高熵合金的塑性变形主要通过位错滑移和形变孪晶实现。多种强韧化机制的共同作用,使得室温下固溶态1.15N高熵合金具有更高的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率。另外,冲击结果表明,氮的加入提高了固溶态高熵合金在室温下的冲击韧性。但是在液氮温度下,氮抑制了冲击过程中的形变诱导马氏体相变,大幅降低了合金的冲击韧性。
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