FeCoNiCrMn系高熵合金的微观组织、强化机理及性能研究

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高熵合金理念的提出,使人们看到了结构材料的新的发展趋势,尤其是具有高强度、高硬度以及优异的高温力学性能的高熵合金,不仅在科研领域具有很高的学术价值,在工业生产和工程应用中也拥有广阔的前景。然而,高熵合金作为一个新的合金体系,虽然近年受到了国内外学者的广泛关注与研究,并取得了一定的科研成果,但相对于传统合金的发展历程而言,对高熵合金的研究才刚刚起步,其理论研究和实验结果都相对较少。人们对高熵合金合金化机理与变形行为等内容,以及其中涉及到的诸多基础科学问题的认识仍较为有限。本论文以简单面心立方结构(FCC)的FeCoNiCrMn高熵合金为基础,分别添加不同含量的Si和Nb元素,获得了不同的合金体系,系统研究了其微观组织、性能以及强化机理。Si元素的添加,使合金的相结构从FCC向BCC转变,而BCC相的析出可以提高合金的力学性能,尤其是双相FeCoNiCrMn Si0.7合金,获得了高强度和良好塑性的平衡,屈服强度和压缩应变的数值分别高达1005.1 MPa和10%。此外,BCC相以及致密Si O2氧化膜的生成,显著提高了合金的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能。FeCoNiCrMnNbx高熵合金能保持较好的塑性,混合焓较大的Nb元素,在合金中极易发生偏析,并随之形成了乏Nb的枝晶区域(FCC相)和富Nb的枝晶间区域(Laves相)。在变形过程中,富铌相有效地阻碍了位错的运动,从而提高合金的强度。此外由于Laves沉淀相的强化作用,FeCoNiCrMnNbx高熵合金获得了优异的高温屈服强度和塑性。铸态高熵合金的组织为非平衡状态组织,在一定的时间和温度下时效处理后,合金的相结构、相组成以及微观组织都会发生变化,并伴有第二相的生成。时效后FeCoNiCrMn Six和FeCoNiCrMnNbx合金中,分别析出了富Cr相、次生Laves相和(Cr Si Mn)0.99(FeCo Ni)1.01相,第二相的析出也随着时效时长的增加愈加明显。第二相的强化作用,显著提高了合金的力学性能。
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