CrFeNi中熵合金的组织调控与动态拉伸变形行为

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与传统的稀释固溶体合金相比,高熵合金通常具有更多的亚稳状态,因而可以获得更广泛的可调控的力学性能。高熵合金具有优异的高温和低温性能、超强的焊接性能、超高的疲劳与断裂性能、良好的抗氢脆性能等优势。这些优异的性能使高熵合金极具成为下一代结构材料的潜力。为了促进高/中熵合金在极端条件下的应用,有必要研究其在低温、高应变率以及二者耦合下的力学行为和微结构演化。然而,涉及到高/中熵合金在低温高应变率下拉伸力学响应的研究几乎空白,对高/中熵合金在低温动态拉伸下的变形机制、应变率效应等方面的研究缺乏系统深入地探讨。因此,对高/中熵合金开展室温及低温动态拉伸力学行为的研究是一项很有意义的工作。本文选取CrFeNi等原子比中熵合金作为研究对象,首先研究了热机械加工对材料微观结构和力学性能的影响,优化得到具有优异的综合室温力学性能的组织,而后在室温和低温下对其开展准静态和动态拉伸下的变形行为研究,探究温度和应变速率对其力学性能和微结构演化的影响。主要研究结果如下:(1)高温下CrFeNi中熵合金为单相FCC结构。与Fe100-x-yCrxNiy(x+y<50)合金相比,均匀化后的CrFeNi中熵合金的强塑性都比前者有明显的提高。低温退火可将富Cr的BCC相引入FCC基体中,微观结构具有明显的非均质性,包含FCC+BCC双相组织以及非均匀分布的FCC晶粒,材料的屈服强度和均匀延伸率分别为490 MPa和25%。(2)在动态载荷作用下,经典的强韧性倒置发生。高应变率载荷作用下位错运动变得频繁,导致屈服强度显著提高。FCC基体中的高密度位错和BCC相共同导致动态载荷下均匀延伸率降低。当前中熵合金的应变率敏感性(准静态0.0371,动态0.340)高于稀释固溶体,同时也高于绝大多数高熵合金和钢。CrFeNi中熵合金高的应变率敏感性与短程位错阻碍、BCC相和超细晶的存在有关。(3)当变形温度从298 K降低到77 K时,具有异质结构的CrFeNi中熵合金在准静态和动态下的屈服强度和均匀延伸率都有明显的提升,这是因为孪晶的激活引发了动态霍尔佩奇效应。基于经典的Z-A模型和Taylor硬化模型,分别建立了与应变率和温度相关的屈服强度预测模型和加工硬化预测模型,预测结果与实验结果吻合较好。
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