【摘要】：高熵合金的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)合金以某一種元素為絕對(duì)主元的設(shè)計(jì)理念,其采用多組元等原子比例的“雞尾酒”式混合,該類合金表現(xiàn)出高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性等突出性能。這種嶄新的合金引起了眾多材料科研者的廣泛關(guān)注,越來越多的高熵合金被開發(fā)研究。目前對(duì)于高熵合金的研究主要集中在微觀組織、鍍層以及力學(xué)性能等方面;關(guān)于高熵合金的拉伸性能與大變形強(qiáng)化的研究較少。主要是因?yàn)楦哽睾辖鸬闹髟埸c(diǎn)較高、熔煉環(huán)境比較復(fù)雜等,使制備大塊狀試樣變得較困難,從而不能深入研究合金的拉伸性能與加工性能。本文采用磁懸浮真空熔煉爐制備大尺寸的FeMnCrCoNi高熵合金。對(duì)合金進(jìn)行大變形(鍛造),并對(duì)鍛造后的合金進(jìn)行不同工藝的熱處理,研究合金的鍛造態(tài)與熱處理態(tài)的顯微組織和力學(xué)性能,得出主要結(jié)果如下:(1)鑄態(tài)FeMnCrCoNi高熵合金的顯微組織主要由樹枝晶相和黑色斑點(diǎn)相組成,其中樹枝晶相為均勻分布的富Fe、Mn、Cr、Co、Ni元素的FCC固溶體,黑色斑點(diǎn)相為富Cr、Mn的FCC固溶體。(2)室溫和200 ℃鍛造后,合金內(nèi)部樹枝晶破碎,晶粒得到細(xì)化,其中200℃鍛后破碎效果更為明顯,鍛造后的樹枝晶呈纖維狀;兩種鍛造工藝均可以顯著強(qiáng)化FeMnCrCoNi高熵合金,常溫鍛造、200 ℃鍛造后顯微硬度分別為313.6HV、358.1HV,較鑄態(tài)分別提高了 97.6%、125.6%;抗拉強(qiáng)度分別為695.45MPa、830.84MPa,較鑄態(tài)合金分別提高了 28.92%、54.02%,但其延伸率卻大幅下滑,由47.24%分別降低至15.25%、5.38%;經(jīng)20℃鍛造后,合金出現(xiàn)了脆性斷裂。(3)鑄態(tài)、室溫鍛造、200 ℃鍛造后合金的摩擦系數(shù)分別為0.797、0.413和0.473,磨損失重比分別為1、0.617和0.832。合金室溫鍛造的耐磨性優(yōu)于200 ℃鍛造、鑄態(tài)耐磨性最差。(4)經(jīng)1160 ℃鍛造后,FeMnCrCoNi高熵合金的抗拉強(qiáng)度為772.28 MPa、硬度為278.78 HV,延伸率為22.06%;對(duì)高溫鍛造試樣進(jìn)行不同溫度的退火熱處理可誘發(fā)第二相的析出,其中700℃時(shí)析出相最多,其后逐漸減少;800 ℃退火后合金試樣的綜合性能最佳。(5)通過對(duì)加熱溫度、升溫速率、保溫時(shí)間以及冷卻方式的改變,研究不同熱處理工藝對(duì)高溫鍛造高熵合金組織與性能的影響;正交試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)合金硬度較有利的熱處理工藝為:加熱溫度750℃、升溫速率5℃/min、保溫時(shí)間2h、隨爐冷卻;對(duì)拉伸性能較有利的熱處理工藝為:加熱溫度800℃、升溫速率5℃/min、保溫時(shí)間4h、空冷。
【圖文】：

邐大變形及熱處理對(duì)ＦｅＭｎＣｒＣｏＮｉ高熵合金組織與性能的影響逡逑現(xiàn)出強(qiáng)度高、硬度高的優(yōu)異性能。逡逑圖１－２是晶體結(jié)構(gòu)（ＢＣＣ）的晶格畸變示意圖，（ａ）圖是單一邋Ｃｒ元素的晶逡逑體結(jié)構(gòu)，其晶格齊整、有序、規(guī)則，（ｂ）圖為溶質(zhì)原子Ｖ通過置換占據(jù)了溶劑逡逑原子Ｑ？的晶格結(jié)點(diǎn)，造成了晶格一定程度的扭曲，（ｃ）圖為多種原子半徑不同逡逑的元素形成的固溶體，造成了嚴(yán)重的晶格畸變?nèi)舾哽睾辖鹬兄髟g的原子尺逡逑寸差別過大，合金中會(huì)有非晶相的形成，這是由于晶格畸變程度達(dá)到峰值后，晶逡逑格發(fā)生坍塌導(dǎo)致的結(jié)果。合金中非晶相的生成，對(duì)合金的物理、化學(xué)、力學(xué)、電逡逑學(xué)等方面的性能有顯著的影響。逡逑（ａ，邋（Ｅ＞邐Ｃｅ）逡逑ｆ邐—ｆ邐＾邋ｗ逡逑？［丨？…＃逡逑（Ｊｒ》邐０＾）逡逑圖１－２邋ＢＣＣ晶體結(jié)構(gòu)的示意圖逡逑（ａ）完美的晶格（圖為Ｃｒ）；邋（ｂ）Ｃｒ－Ｖ固溶體；（ｃ）ＡｌＦｅＣｒＣｏＮｉＴｉ固溶體逡逑Ｆｉｇｉｉｒｅ邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＢＣＣ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑（ａ）邋Ｐｅｒｆｅｃｔ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｌａｔｔｉｃｅ邋（ｐｉｃｔｕｒｅｄ邋Ｃｒ）；邋（ｂ）邋Ｃｒ－Ｖ邋ｓｏｌｉｄ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ；邋（ｃ）邋ＡｌＦｅＣｒＣｏＮｉＴｉ邋ｓｏｌｉｄ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑３．動(dòng)力學(xué)上的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)逡逑物質(zhì)的宏觀流動(dòng)反映在微觀上就是大量原子的遷移，這些原子的遷移過程就逡逑是擴(kuò)散。合金的相變過程是通過不同組元間的協(xié)同擴(kuò)散來完成的

選用原子尺寸差異較大的元素配制高熵合金，造成更嚴(yán)重的晶格畸變，阻礙逡逑位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)阻礙原子間的協(xié)同擴(kuò)散，使合金很難形成第二相，得到具有高逡逑強(qiáng)度和高硬度的固溶體。圖１－４為鑄態(tài)ＣｕｘＡｌＣｏＦｅＣｒＮｍ0．５邋（ｘ邋＝邋０，０．２５和０．５）逡逑高熵合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線，主元Ｔｉ的原子半徑較大，合金晶格畸變程度很大，逡逑表現(xiàn)出極高的抗壓強(qiáng)度和壓縮應(yīng)變，當(dāng)ｘ＝０時(shí)，抗壓強(qiáng)度更是超過了邋３０００ＭＰａ，逡逑壓縮應(yīng)變達(dá)到２３％，綜合力學(xué)性能很好。逡逑３５００．邐逡逑ＴＡＣＯ逡逑３０００邋？邐一一一邋一邋一逡逑（０邋２５００邋－邐ＴＡＣｑ＾逡逑ＣＬ邐＇ＴＡＣＯ邋５逡逑Ｗ邋２０００邋－邋／邐〔邋ｆ逡逑￡邋／邋／逡逑ｔｏ邋１５００邋－邋ｌ逡逑Ｓ邋；逡逑＾邋１０００邋－／逡逑５００邋ｉ逡逑／邋／邋／逡逑°０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５逡逑Ｔｒｕｅ邋ｓｔｒａｉｎ／％逡逑圖１－４鑄態(tài)ＣｕｘＡｌＣｏＦｅＣｒＮｉＴｉ0．５邋（ｘ邋＝邋０，０．２５和０．５）系高熵合金的應(yīng)力－應(yīng)變曲線［１４］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋ａｓ－ｃａｓｔ邋ＣｕｘＡｌＣｏＦｅＣｒＮｉＴｉ０．５邋（ｘ邋＝邋０，邋０．２５邋ａｎｄ邋０．５）邋ｈｉｇｈ逡逑ｅｎｔｒｏｐｙ邋ａｌｌｏｙｓ邋［ｌ４］逡逑高熵合金的單相固溶體結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化效果，，高溫時(shí)體系紊亂，逡逑使合金具有一定的高溫強(qiáng)度，表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性。表ｉ－ｉ為部分高熵合金鑄逡逑態(tài)與退火態(tài)的硬度比較
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG139;TG156

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