【摘 要】
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高熵合金因各个组元之间晶格常数的差异,造成不共格,所以在相变过程中会发生复杂的结构和形态的变化,导致这类多组元合金通常会拥有优异的抗氧化性、高温力学性能、耐热性等特性,使得它被广泛应用于航天、军工等许多领域的重要零件和恶劣工作环境。而通过合金的成分设计改变合金的微观结构和形态,是改善合金的性能的主要手段之一,但为达到这一目的,首先要理解各种合金系统中的共格微观结构演变规律,才能对合金进行更有针对性
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高熵合金因各个组元之间晶格常数的差异,造成不共格,所以在相变过程中会发生复杂的结构和形态的变化,导致这类多组元合金通常会拥有优异的抗氧化性、高温力学性能、耐热性等特性,使得它被广泛应用于航天、军工等许多领域的重要零件和恶劣工作环境。而通过合金的成分设计改变合金的微观结构和形态,是改善合金的性能的主要手段之一,但为达到这一目的,首先要理解各种合金系统中的共格微观结构演变规律,才能对合金进行更有针对性的成分设计。传统的实验方法不仅耗时而且费力,还费钱,对结构的微观演化也无法做到实时捕捉,而采用模拟方法可大大缩短实验周期,节约经费,还可以观察和预测微观结构的演变和第二相析出物的形态变化。本文主要利用CALPHAD和连续相场模型,研究了Fe-Mn-Cr-Ni-Al高熵合金的微观结构和相变组织的演化进行模拟和计算,从微观角度研究其相变规律。主要结果如下:首先利用理论模型研究相场相关参数对沉淀演化过程的影响,结果表明梯度能系数越大,颗粒体积分数和颗粒数量越小,平均颗粒尺寸越大;能垒对颗粒数量作用较小,且与平均颗粒尺寸成反比;晶格畸变、弹性模量各向异性和外加应变对沉淀相的形貌有较大影响。其次利用Fe-Mn-Cr-Ni-Al高熵合金的连续相场模型,当温度小于400℃时基体中只有BCC相,当T=600℃时,Al含量为0.1时会出现FCC到BCC的转变,且温度越高相结构转变所需要的Al含量越高;当温度保持1000℃时,Cr含量越高,相结构转变所需的Al含量越低,表明Cr会促进相结构转变。Al含量对沉淀相演化过程也有较大影响,Al含量越高,其圆度、体积分数和颗粒尺寸都会随之增加;Cr含量会促进沉淀相的析出,但对沉淀相的大小和数量影响较小。在弹性各向异性的作用下,沉淀相会沿着基体软化方向生长,且与沉淀相相貌存在着显著相关性。通过以上结论发现,相场法作为微观演化的实用工具,模拟了不同成分、温度下沉淀相的微观演化动力学过程,使用CALPHAD方法证明了优化合金化学成分以提高BCC/B2结构稳定性和预测沉淀相相貌的潜力。
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