【摘 要】
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高熵合金是由多种元素以等摩尔比或非等摩尔比组成的固溶体,不但打破了传统合金以一种组元或两种组元为基体的设计思路,而且呈现出高强度、高塑性、高硬度、耐腐蚀、高热稳定性等优异的力学性能。研究发现,面心立方结构高熵合金塑性较高,但是强度不尽人意。如(Fe50Mn30Co10Cr10)97C2Mo1高熵合金经过均质化处理后为FCC单相,塑性约为64%,屈服强度和抗拉强度仅仅为239MPa和574MPa。为
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高熵合金是由多种元素以等摩尔比或非等摩尔比组成的固溶体,不但打破了传统合金以一种组元或两种组元为基体的设计思路,而且呈现出高强度、高塑性、高硬度、耐腐蚀、高热稳定性等优异的力学性能。研究发现,面心立方结构高熵合金塑性较高,但是强度不尽人意。如(Fe50Mn30Co10Cr10)97C2Mo1高熵合金经过均质化处理后为FCC单相,塑性约为64%,屈服强度和抗拉强度仅仅为239MPa和574MPa。为了提高此合金的强度,本文采用冷变形后退火(PDA)的方法来细化晶粒,以实现合金力学性能的提高。冷变形的塑性变形量、退火的温度和时间都会显著影响合金的力学性能,为了得到最佳的力学性能,本文研究了不同轧制工艺对均质化(Fe50Mn30Co10Cr10)97C2Mo1高熵合金组织和性能的影响,主要的实验结果如下:(1)均质化(Fe50Mn30Co10Cr10)97C2Mo1 高熵合金经过 20%、40%、60%、80%以及 90%的塑性变形量冷轧后,晶粒沿着轧制方向延长,C、Mo和Mn的化合物在晶粒内析出。冷轧20%后,位错在晶粒内部随机分布,大量的纳米级变形孪晶在晶粒内部形成,平均宽度约为26nm。随着冷变形程度的提高,变形孪晶的体积分数逐渐增加至饱和,变形孪晶之间的间隙极小,平行排列于晶粒内部,位错重新排列,主要聚集于变形孪晶的晶界和晶内。冷轧40%后,剪切带开始形成,并随着塑性变形量的增加而增加,其内部为大小、长短不一的变形孪晶。经过80%和90%的大变形后,合金的组织由大量的剪切带组成,抗拉强度由初始的574MPa增加至1926MPa,塑性显著下降,仅为2%,其原因是加工硬化导致的强度上升和塑性下降,大量的剪切带也会造成合金塑性降低。(2)冷轧90%的(Fe50Mn30Co10Cr10)97C2Mo1高熵合金分别在 400℃、500℃、600℃、700℃、800℃下退火1h后,合金发生了明显的相分离现象。在500℃~800℃退火后,均有富Cr(σ)相在基体内部形成,在700℃退火后形成了富Cr的BCC相。富Cr(σ)相为白色椭圆形颗粒,在剪切带位置形成,随退火温度的提高,其体积分数也逐渐增加。在700℃退火后,体积分数最多,大量的富Cr(σ)相组成富Cr的BCC相。800℃退火后合金发生部分再结晶行为,此时富Cr(σ)相在晶界上析出。在拉伸过程中,400℃和500℃退火的试样强度异常提高,从1926MPa分别提高至2078MPa和2060MPa,400℃下退火的试样强化效果更强,其原因是低温退火导致少量的圆形纳米颗粒析出,其平均直径约为11.5nm。(3)冷轧70%的(Fe50Mn30Co10Cr10)97C2Mo1高熵合金在 900℃、950℃和 1000℃退火后,均发生再结晶现象。900℃退火后晶粒尺寸不均匀,并且有白色的圆形富Cr(σ)相颗粒在晶界上析出。在950℃短时退火后,仍有少量的小尺寸晶粒和富Cr(σ)相颗粒存在,延长退火时间后,再结晶程度进一步加深,形成等轴晶,富Cr(σ)相溶解。1000℃退火5min后已经形成等轴晶,晶粒尺寸约为7.9μm,延长退火时间后,晶粒尺寸逐渐增加。1000℃退火5min的试样,屈服强度和抗拉强度分别提高至384MPa和886MPa,同时塑性略有提高,使用EBSD分析其变形机理,发现塑性变形的初期以平面位错滑移为主要的变形机制,变形孪晶形成后,变形机制转变为变形孪晶的增殖。
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