Ti系高熵合金显微组织及力学性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuqinggang
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随着从台湾学者叶均蔚提出高熵合金的全新概念伊始,这一创新形的合金便获得了前所未有的快速发展。鉴于高熵合金一般拥有简单的晶体结构作为基体,与此同时其特有的纳米显微组织及优异力学性能受到了广大学者的密切关注与深度研究。本文就是在这样的一个大背景下,着重研究了Ti系四元、五元高熵合金在不同合金化元素的配比下其显微组织及力学性能变化特点,进而进行合金成分的优化,选择最优的合金成分。  实验过程中高熵合金的制备设备室利用了真空电弧熔炼炉,分析设备则采用采用金相光学显微镜、扫描电镜等分析仪及XRD分析设备,分别对其金相显微组织,组织微观形貌、断口形貌、相组成进行分析,并利用电子万能力学试验机、硬度计对高熵合金进行力学性能测试。  研究结果表明,对于四元高熵合金,合金系的晶体结构主要由简单BCC结构,即原始β相保留至室温;而五元高熵合金中V、Mo的加入,获得了BCC相,Mn的加入获得了HCP相,Ni的加入则无明显的晶格类型,取而代之的是大量的析出相。组织的变化,四元高熵合金主要是原始β晶粒,其中Sn的加入,使得大量片状的α相析出;五元高熵合金中,V、Mo的加入获得了原始的β晶粒,而Mn的加入则使得组织中由大量的α相和复杂的析出相,破会了组织的稳定性;Ni的加入使得组织几乎没有原始的晶粒,以较大块状和弥散的纳米相作为组织的主要特点。对于Ti(AlCrFeNi)x的优化,随着合金化程度的增加,晶格类型有HCP相向BCC相转变,甚至无明显的晶格区域的出现;组织的变化也是有原始的α晶粒逐渐向β晶粒+晶间相的模式转变,最后达到了大量析出相占主导。  对组织的力学性能研究表明,四元高熵合金的强度普遍偏低,塑性优良,其中Ti(AlCrFe)10强度明显优于其余成分,塑性却表现不足,在此合金成分的基础上设计了五元高熵合金,加入Mo、Mn之后,合金的强度变得很低,脆性明显增大;而V的加入,性能表现居中;Ni的加入使合金的强度获得了很大的提高,但是塑性表现欠佳,以此合金作为优化的合金系。通过改变合金系的合金化元素的总量发现,随着合金化元素总量的增加,强度基本保持了逐渐增大的趋势,但是塑性则是在Ti(AlCrFeNi)5时获得了很大的提高,因此该合金也是最优的合金。
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