CrFeNiNbx无Co多主元合金组织结构与力学性能研究

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多主元合金又称高熵合金,这种由多种元素按等原子比或近等原子比混合而成的合金,近年来受到人们广泛关注。本文通过无Co单相面心立方(FCC)合金Cr Fe Ni与Nb元素合金化,系统研究了CrFeNiNbx无Co多主元合金随Nb含量的变化结构与性能的演变规律,探究了去除Co元素对合金共晶组织的影响,并提出一种以共晶多主元合金两相之间元素含量差异为基础的共晶多主元合金设计新思路。对合金相演化、局部和宏观力学性能的研究发现,Nb元素的添加使合金的组织变为典型的枝晶-枝晶间组织且为FCC+Laves双相结构,其中Nb元素偏聚在Laves相中。随着Nb元素进一步添加,AB2型密排六方金属间化合物相(Laves)体积分数增大,组织由枝晶-枝晶间组织演变为亚共晶组织,后为共晶组织,最后为过共晶组织,合金的屈服强度也随之提升,同时塑性略有降低。相较于含Co多主元合金,CrFeNiNbx多主元合金FCC相中Nb含量较低,表明Co元素可提高Nb在FCC相中的固溶度。通过特殊的共晶合金设计方法,设计了CrFeNiNb0.31共晶多主元合金,与含Co的Co CrFeNiNb0.45共晶多主元合金相比,其屈服强度下降,塑性增加。CrFeNiNb0.31的共晶点低于Co CrFeNiNb0.45。CrFeNiNb0.31相较于Co CrFeNiNb0.45,在共晶反应过程中,Laves相片层宽度不变的情况下FCC相片层宽度增加,因此合金FCC相体积分数较高。在对CrFeNiNb0.31共晶多主元合金进行退火处理时,由于去除Co后Cr元素原子百分比提升,导致共晶在750-900℃退火时σ相延相界析出,同时结构上在600-900℃温度范围内发生晶界不连续粗化导致合金中Laves相片层错配、断裂增多,以及产生共晶晶胞边界粗化,当温度达到1100℃时结构变化转为晶内连续粗化,导致Laves相发生球化,使共晶Hall-Petch强化降低,最终导致CrFeNiNb0.31共晶多主元合金在750-900℃退火处理后,塑性明显下降,而对于1100℃退火处理后CrFeNiNb0.31的共晶多主元合金虽然屈服强度略有降低而塑性增加。Co元素的添加有利于共晶多主元合金相稳定和结构稳定。
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