大变形及热处理对FeMnCrCoNi高熵合金组织与性能的影响

摘要

高熵合金的出现打破了传统合金以某一种元素为绝对主元的设计理念，其采用多组元等原子比例的“鸡尾酒”式混合，该类合金表现出高强度、高硬度、高耐磨性等突出性能。这种崭新的合金引起了众多材料科研者的广泛关注，越来越多的高熵合金被开发研究。目前对于高熵合金的研究主要集中在微观组织、镀层以及力学性能等方面;关于高熵合金的拉伸性能与大变形强化的研究较少。主要是因为高熵合金的主元熔点较高、熔炼环境比较复杂等，使制备大块状试样变得较困难，从而不能深入研究合金的拉伸性能与加工性能。
　　本文采用磁悬浮真空熔炼炉制备大尺寸的FeMnCrCoNi高熵合金。对合金进行大变形（锻造），并对锻造后的合金进行不同工艺的热处理，研究合金的锻造态与热处理态的显微组织和力学性能，得出主要结果如下:
　　(1)铸态FeMnCrCoNi高熵合金的显微组织主要由树枝晶相和黑色斑点相组成，其中树枝晶相为均匀分布的富Fe、Mn、Cr、Co、Ni元素的FCC固溶体，黑色斑点相为富Cr、Mn的FCC固溶体。
　　(2)室温和200℃锻造后，合金内部树枝晶破碎，晶粒得到细化，其中200℃锻后破碎效果更为明显，锻造后的树枝晶呈纤维状;两种锻造工艺均可以显著强化FeMnCrCoNi高熵合金，常温锻造、200℃锻造后显微硬度分别为313.6HV、358.1HV，较铸态分别提高了97.6％、125.6％;抗拉强度分别为695.45MPa、830.84MPa，较铸态合金分别提高了28.92％、54.02％，但其延伸率却大幅下滑，由47.24％分别降低至15.25％、5.38％;经200℃锻造后，合金出现了脆性断裂。
　　(3)铸态、室温锻造、200℃锻造后合金的摩擦系数分别为0.797、0.413和0.473，磨损失重比分别为1、0.617和0.832。合金室温锻造的耐磨性优于200℃锻造、铸态耐磨性最差。
　　(4)经1160℃锻造后，FeMnCrCoNi高熵合金的抗拉强度为772.28MPa、硬度为278.78HV，延伸率为22.06％;对高温锻造试样进行不同温度的退火热处理可诱发第二相的析出，其中700℃时析出相最多，其后逐渐减少;800℃退火后合金试样的综合性能最佳。
　　(5)通过对加热温度、升温速率、保温时间以及冷却方式的改变，研究不同热处理工艺对高温锻造高熵合金组织与性能的影响;正交试验结果表明:对合金硬度较有利的热处理工艺为:加热温度750℃、升温速率5℃/min、保温时间2h、随炉冷却;对拉伸性能较有利的热处理工艺为:加热温度800℃、升温速率5℃/min、保温时间4h、空冷。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 高熵合金概述

1．2．1 定义

1．2．2 四大效应

1．2．3 结构特点

1．2．4 性能特点

1．2．5 制备方法

1．2．6 研究现状

1．2．7 应用前景

1．3 课题的目的、意义及研究内容

2．1 实验方案

2．2 制备合金

2．2．1 准备原材料

2．3 实验所需仪器

2．4 实验方法及原理

2．4．1 金相组织观察

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 扫描电镜及能谱分析

2．4．4 显微硬度测试

2．4．5 常温拉伸测试

2．4．6 热压缩模拟

2．4．7 摩擦磨损测试

2．4．8 锻造加工方法

第三章 锻造对FeMnCrCoNi高熵合金组织与性能的影响

3．1 铸态FeMnCrCoNi高熵合金微观组织分析

3．1．1 成分分析

3．1．2 XRD物相分析

3．1．3 DSC差热分析

3．1．4 金相组织分析

3．1．5 扫描电镜及能谱分析

3．2 热压缩模拟

3．2．1 应力应变曲线

3．2．2 显微组织演变

3．3 锻造后微观组织分析

3．3．1 金相组织分析

3．3．2 扫描电镜及能谱分析

3．4 锻造FeMnCrCoNi高熵合金力学性能的影响

3．4．1 显微硬度

3．4．2 拉伸性能测试

3．5 锻造对FeMnCrCoNi高熵合金磨损性能的影响

3．6 本章小结

第四章 高温锻造及其后热处理对FeMnCrCoNi高熵合金组织与性能的影响

4．1 不同温度FeMnCrCoNi高熵合金锻后热处理

4．1．1 XRD物相分析

4．1．2 扫描电镜及能谱分析

4．1．3 硬度测试

4．1．4 拉伸性能测试

4．2 不同热处理工艺对锻后FeMnCrCoNi高熵合金的影响

4．2．1 热处理工艺的设计

4．2．2 力学性能分析

4．3 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢