密排六方结构稀土高熵合金及其力学性能

摘要

高熵合金这一新的合金理念自提出以来就引起了材料界研究学者的广泛关注，其优异的性能主要归因于合金具有简单的固溶体结构。目前，对高熵合金的研究主要集中在面心立方结构和体心立方结构上，而关于密排六方结构高熵合金的研究报道却很少。本文的主要研究内容是制备密排六方结构高熵合金，并测试其在室温下的力学性能。
　　室温下，大部分稀土元素具有稳定的密排六方结构或双层密排六方结构，在原子尺寸、电负性、化学性质等方面极其相似，元素之间的固溶度很高，通常会形成同晶型固溶体，因此本研究选用稀土元素为组元制备高熵合金。实验中采用真空电弧熔炼和铜模吸铸的方法制备高熵合金样品，用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析合金的组织结构和形貌，用维氏硬度计测试合金的显微硬度，用力学试验机测试合金在低应变速率下的力学性能，用霍普金森压杆装置测试合金在高应变速率下的力学性能。研究结果表明：
　　1、五元高熵合金 GdHoLaTbY为单相密排六方结构，其晶格常数满足混合原理，合金为近似理想的固溶体。力学性能测试结果表明合金的强度和硬度都遵循混合原理，合金没有表现出固溶强化效应，熵对合金的力学性能几乎无影响。
　　2、与铸态 GdHoLaTbY合金相比，变形量为10％时合金的拉伸屈服强度提高了74.6%，极限强度提高了34.6%，轧制能明显提高合金的力学性能。但变形量过大时，合金边缘出现开裂现象。
　　3、在 GdHoLaTbY合金中加入铝元素后，在枝晶间处有金属间化合物生成。随着铝含量的提高，第二相的体积分数逐渐增大，合金的屈服强度提高，但脆性倾向增加，合金的塑性逐渐降低。
　　4、六元高熵合金GdHoLaTbYEr和GdHoLaTbYDy均为单相密排六方结构，合金的晶格常数也都符合混合原理，合金具有微弱的固溶强化作用。
　　5、应变速率对六元高熵合金GdHoLaTbYDy的力学性能有明显影响，低应变速率下的力学性能比高应变速率下的性能优异。利用Johnson-Cook(J-C)模型建立了合金在不同应变速率下的本构方程，实验结果与拟合结果相吻合，利用J-C模型能合理描述合金的塑性变形过程。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高熵合金的概念

1.3 高熵合金的四大效应

1.4 高熵合金的组织结构与性能特点

1.5 论文选题依据和研究内容

第二章 实验材料和实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第三章 GdHoLaTbY高熵合金的组织结构及力学性能

3.1 参数计算

3.2 组织结构

3.3 力学性能

3.4 轧制对合金力学性能的影响

3.5 Al元素添加对合金组织结构及力学性能的影响

3.6 本章小结

第四章 六元GdHoLaTbYM (M=Er, Dy)高熵合金的组织结构及力学性能

4.1 组织结构

4.2 力学性能

4.3应变速率对压缩性能的影响

4.4本构方程的建立

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文