Al含量、重熔和退火对AlxFeCrCoNiTi0.5高熵合金微观组织和耐磨性能的影响

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与传统合金不同,高熵合金为多种元素组合的新型材料,具有高强度、高硬度和高耐磨性等一些优异的性能。元素含量的变化会对高熵合金的组织结构及性能产生影响,除此之外,重熔和退火会对合金的结构和性能产生影响。现在对农业机械研究投入日益增多,尤其是关键耐磨零部件的质量难以达到国际先进水平,保证关键耐磨件的质量可靠、提高使用寿命对于促进我国农机水平的提升具有重要意义。本文利用真空电弧炉,制备出铸态AlxFeCrCoNiTi0.5(X=0.2,0.5,1.0)高熵合金,并分别进行重熔和退火处理,利用Empyrean X射线衍射仪、SEM扫描电镜、EDS能谱分析仪器对高熵合金的相结构、微观组织结构形貌和成分进行分析,并运用MH-5维氏硬度计和磨损试验机对合金的硬度和耐磨性能进行测试分析。研究结果表明:(1)随着Al元素含量增加,铸态AlxFeCrCoNiTi0.5(X=0.2,0.5,1.0)高熵合金由简单的面心立方(FCC)和体心立方(BCC)固溶体相构成,微观组织结构由树枝晶和枝晶间逐渐变为花瓣状树枝晶分布。通过对合金的硬度和摩擦磨损实试验发现,随着Al元素的增加,合金的硬度逐渐提高、摩擦系数降低、磨损量减少和表面磨损的深度降低。当Al元素为1.0时,合金的摩擦系数低、磨损量少和磨损的深度浅,此含量的高熵合金耐磨性能最好。(2)重熔态AlxFe CrCoNiTi0.5(X=0.2,0.5,1.0)高熵合金的组织结构,依旧由FCC和BCC固溶体相组成;与铸态合金微观组织结构相比,重熔态合金枝晶和枝晶间分布更均匀且枝晶增大。磨损试验发现,重熔态高熵合金耐磨性能逐渐增加,而且随着Al元素含量的增加磨损量和磨损深度低于铸态,合金的耐磨性能提高。(3)通过对铸态和重熔态高熵合金研究发现,Al含量为1.0时合金耐磨性能最好,因而又对Al Fe CrCoNi Ti0.5高熵合金进行退火研究。试验结果发现,退火态合金的相结构由BCC固溶体组成,与铸态和重熔态相比X射线衍射峰强度增强,微观组织结构分布更加均匀、晶粒细化。磨损试验结果表明,退火态高熵合金的硬度提高、摩擦系数低、磨损量少,且耐磨性能优于铸态和重熔态。
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