【摘 要】
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钨合金具有高的密度,良好的抗蠕变性能和高温力学性能,但其室温塑性较差,在工业上不便加工。本文以等摩尔比WMoNbTaTi为基础,通过不断优化合金元素含量来改善合金的综合理化性能;采用真空非自耗电弧熔炼制备所需的合金试样,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)、万能试验机以及Gleeble热力模拟机分别讨论不同合金元素含量对合金相组成、
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钨合金具有高的密度,良好的抗蠕变性能和高温力学性能,但其室温塑性较差,在工业上不便加工。本文以等摩尔比WMoNbTaTi为基础,通过不断优化合金元素含量来改善合金的综合理化性能;采用真空非自耗电弧熔炼制备所需的合金试样,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)、万能试验机以及Gleeble热力模拟机分别讨论不同合金元素含量对合金相组成、显微组织、室温力学性能、高温力学性能以及高温组织演变的影响,从而找出最优性能下的理想合金成分。采用物理化学参数计算法预测WxMoNbTaTi(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)合金的相组成为BCC单相,与XRD实测的结果一致;随着W含量的增加,合金的显微组织由树枝晶转变成不规则团状晶粒,最后再转变为树枝晶;当W含量从0.2增至0.6时,屈服强度由1424MPa增至1544MPa,进一步提高W的含量,强度开始下降,合金的压缩塑性则是随着W含量的增加持续降低,由此可以看出虽然适当的W含量能够提高合金的强度,但也会导致合金脆化,仍需继续优化合金成分;因此选取强度合适,塑性最优的W0.4Mo Nb Ta Ti,将该合金成分的Nb含量分别增至1.1、1.3、1.5,发现合金的压缩塑性有明显的提高,最大增幅可达60%以上,而屈服强度仍保持在1300MPa以上,说明Nb元素对该合金体系有着显着的增韧效果,同时对强度的影响相对较小;引入了一种理想模型来量化WxMoNbTaTi难熔高熵合金内存在的固溶强化效应,发现除了Mo元素的固溶强化效应一直在减少,其他四种元素的固溶强化效应均在增加,且W元素的固溶强化效果最明显。采用相同的物理化学参数计算法预测得WMoNbTaTiy(y=1.2,1.4,1.6,1.8,2.0)合金的相组成仍为BCC单相,XRD检测也印证了预测结果的准确性;合金的显微组织均为树枝晶形貌,当y=1.2-1.6时,晶粒尺寸逐渐增大,在y=1.8时晶粒尺寸突然减至最小,随后再次增大;当Ti含量从1.2增至1.8时,合金的屈服强度由1464MPa增至1671MPa,继续提高Ti含量,屈服强度开始下降;而压缩塑性的变化趋势并不明显,变动的最大幅度仅在4%左右,,说明Ti元素在该合金体系中仅对强度有较大的影响,对压缩塑性没有显着的改善。因此仍需进一步优化该合金体系成分;选取强度最优的WMoNbTaTi1.8,将该合金成分的W含量分别减至0.2、0.4、0.6。优化成分后的合金压缩塑性有明显的改善,最大增幅可达216%以上,同时屈服强度依然保持在1300MPa以上,表明适当的W、Ti含量可以使合金获得良好的室温力学性能;根据假设理想模型推算,在该合金体系中高模量的W、Mo元素对合金强度影响最大。以等摩尔WMoNbTaTi难熔高熵合金为参照,对已完成成分优化的W0.2Mo Nb Ta Ti1.8、W0.4Mo Nb Ta Ti1.8、W0.6Mo Nb Ta Ti1.8、W0.4Mo Nb1.1Ta Ti、W0.4Mo Nb1.3Ta Ti、W0.4Mo Nb1.5Ta Ti六种合金在800℃、1000℃、1100℃三种温度下进行压缩实验。在1100℃下,合金中的最低屈服强度仍有385MPa,最高可达637MPa,说明所选取合金的高温抗软化能力较强;在测得的应力应变曲线中,除了W0.2Mo Nb Ta Ti1.8、W0.4Mo Nb1.1Ta Ti和W0.4Mo Nb1.3Ta Ti在800℃下的压缩变形曲线有加工硬化阶段,其余曲线均呈现典型的动态再结晶特征;通过EBSD分析W0.4Nb Mo Ta Ti1.8的高温变形组织演变机制,发现不连续动态再结晶和连续动态再结晶共同存在。其中不连续动态再结晶起主导作用,随着变形温度的升高,连续动态再结晶机制逐渐弱化。
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