發(fā)布時間：2019-03-06 07:38

【摘要】：多主元高熵合金打破了傳統(tǒng)合金以一種或兩種元素為主的設(shè)計理念,而是采用多種主元的一類新興合金。由多種主元組成的高熵合金具有高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、遲緩擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)等一系列特性,使其可擁有優(yōu)異的物理、化學(xué)及力學(xué)性能,如高強度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、高的低溫韌性等,因而具有潛在的廣闊工業(yè)應(yīng)用前景和重要的理論研究價值。本文以Al-Cr-Fe-Ni-M (M為Co、Mo、V、W)合金系為研究對象,通過各種組織分析方法,系統(tǒng)地研究了不同元素對Al-Cr-Fe-Ni-M合金系組織演化的影響規(guī)律,并探討了不同相組成對合金力學(xué)性能的影響機(jī)制�；赿軌道能級參數(shù),建立了可成功預(yù)測高熵合金中拓?fù)涿芘畔?TCP)的穩(wěn)定性模型,并結(jié)合多相固溶體高熵合金形成規(guī)律,設(shè)計并制備出了壓縮強度大于3GPa及目前鑄態(tài)拉伸屈服強度、斷裂強度最高的高強高塑多主元高熵合金,本文主要結(jié)論如下：1)基于原子半徑差異(ΔR)、混合焓(ΔH)、電子濃度(VEC)和電負(fù)性差異(Δχ)預(yù)測參數(shù)模型,系統(tǒng)地研究了多相固溶體高熵合金的形成規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),含有多相FCC固溶體的高熵合金應(yīng)滿足：AR≤4.9%, -5.9 kJ·mol-1≤AH≤3.2 kJ·mol-1, VEC≥8.2,△χPauling ≤12.2%, △χAIlen≤10.6%;含有多相FCC、BCC混合固溶體的高熵合金應(yīng)滿足：4.7%≤ △R≤6.2%, -13.1kJ·mol-1≤△H≤-2.7kJ·mol-1, 7.1≤VEC≤8.2,△χpauling≤14.6%,△χAllen≤16%；含有多相BCC固溶體高熵合金應(yīng)滿足：△R≤7.1%, -22.8 kJ·mol-1≤△H≤0.3 kJ·mol-1, VEC≤7.5, △χAllen≤16.6%。2)建立了適用于高熵合金的d軌道能級模型,成功地實現(xiàn)了對高熵合金中拓?fù)涿芘?TCP)相的預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)在以Co、Fe、Ni為主要元素并形成TCP相的高熵合金體系中,若基體具有FCC結(jié)構(gòu),則當(dāng)(？)大于0.9時,易于形成TCP相；若基體為BCC結(jié)構(gòu),則當(dāng)(？)大于1.09時,傾向形成TCP相。3)在AlCrFeNiMox合金系中,AlCrFeNiMo0.2合金為富FeCr的BCC固溶體相與富NiAl的B2金屬間化合物相的雙相層片狀共晶合金。Mo元素的固溶強化、第二相的析出及超細(xì)的共晶組織使AlCrFeNiMo0.2合金展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能,其壓縮屈服強度(σy)高達(dá)1487.4MPa,斷裂強度(σb)高達(dá)3222MPa,塑性應(yīng)變率(εp)28.7%。4)V元素改性AlCoCrFeNi后的高熵合金,BCC相與B2有序相的組合形態(tài)發(fā)生變化,編織狀調(diào)幅組織逐漸消失,BCC相以顆粒形態(tài)彌散地分布在B2相的基體上。隨著V元素在AlCoCrFeNiVx合金中含量的增加,由于固溶強化作用,合金的硬度與屈服強度逐漸升高。其中,AlCoCrFeNiV0.2合金表現(xiàn)出最優(yōu)異的力學(xué)性能,其壓縮屈服強度、斷裂強度和塑性應(yīng)變量分別高達(dá)1492.4MPa、3297.8MPa和26.8%,是目前報道的常溫下壓縮強度最高的幾個高熵合金之一。5) AlCoCrFeNi2Wx合金系由初生BCC相+共晶FCC/BCC相組成。W元素的添加將增加初生BCC相的體積分?jǐn)?shù),并改變BCC相中FCC11相的析出形態(tài)。FCC/BCC的共晶復(fù)合強化效應(yīng)、FCCIl相的析出及多元素間的固溶強化作用使AlCoCrFeNi2合金具有優(yōu)異的靜態(tài)拉伸性能,工程斷裂強度和延伸率分別為853MPa和15.3%,并表現(xiàn)出了良好的鑄造流動性。6)在高熵合金設(shè)計理論的指導(dǎo)下,采用相近化學(xué)元素替代的方法,設(shè)計出具有超細(xì)的面條狀FCC相、連續(xù)的網(wǎng)狀B2相和顆粒狀的BCC相組成的AlCrFe2Ni2合金。在普通鑄造條件下該合金便可以獲得超細(xì)的微觀組織,FCC+BCC/B2的復(fù)合強化效應(yīng)使AlCrFe2Ni2合金在鑄態(tài)下便可同時具有較高的拉伸屈服強度(780MPa)、斷裂強度(1228MPa)和延伸率(17%)。該合金是目前鑄態(tài)高熵晶體合金中屈服強度和斷裂強度最高的高強高塑合金,并展現(xiàn)了良好的鑄造流動性,具有潛在的工業(yè)應(yīng)用價值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG139

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本文編號：2435328