本研究基于高熵效應,探索研究了真空電弧爐熔煉新型多組元不銹鋼的組織與性能。各成分系列中元素摩爾添加含量如下:(1)含Co元素的Fex Cr13Cu3(Co Ni Mn Mo)(84-x)系,鐵含量x設定為35 at.%,50 at.%和65 at.%;(2)低成本無Co元素的Fex Cr13Cu3(Ni Mn Mo)(84-x)系,鐵含量x設定為35 at.%,50 at.%和65 at.%;(3)添加Al、Ti元素的Fe65Crx Cuy(Co Ni Mn Mo Al Ti)(35-x-y)系列,該成分具有顯著時效硬化效應。為了研究Cr和Cu含量的影響,分別設定x為13 at.%和18 at.%,y為3 at.%和5 at.%。實驗結(jié)果表明:含Co成分Fex Cr13Cu3(Co Ni Mn Mo)(84-x)系列中當Fe含量為35at.%和50at.%時,凝固相結(jié)構(gòu)為FCC固溶體和Fe2Mo金屬間化合物。隨著鐵含量增加,Fe2Mo析出量明顯減少且硬度下降,當Fe含量達到65at.%時相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏腇CC固溶體,Fe2Mo相完全消失,組織中成分偏析減小,硬度降至182HV。在1mol/L H2SO4溶液中的耐蝕性研究顯示,鐵含量增加導致合金耐蝕性能降低,但含鐵65 at.%的Fe65Cr13Co4.75Mn4.75Mo4.75Ni4.75Cu3成分耐蝕性能仍然與相同條件下制備的典型Cr-Ni系奧氏體不銹鋼00Cr19Ni14Mn2耐蝕性能接近。無Co成分Fex Cr13Cu3(Ni Mn Mo)(84-x)系列中當Fe含量為35at.%和50at.%時,凝固相仍然為FCC固溶體和Fe2Mo金屬間化合物。但與含Co不銹鋼系列中對應成分相比,去除Co元素之后各合金中成分偏析更加嚴重,Fe2Mo含量明顯增多且不利于耐蝕性能。當Fe含量為65at.%時Fe2Mo相完全消失,相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+BCC兩相固溶體。添加Al、Ti元素的Fe65Crx Cuy(Co Ni Mn Mo Al Ti)(35-x-y)成分系列凝固組織均為單一bcc相結(jié)構(gòu)的等軸晶,且具有顯著的時效硬化效果。Fe65Cr13Cu3Co3.1Ni3.1Mn3.1Mo3.1Al3.1Ti3.1成分凝固硬度為476HV,500℃最大時效硬度達到584HV,明顯高于傳統(tǒng)17-4PH沉淀硬化不銹鋼400~500HV的最大時效硬度,且在H2SO4溶液中耐蝕性明顯優(yōu)于購買的商業(yè)17-4PH沉淀硬化不銹鋼。進一步研究發(fā)現(xiàn),隨著該成分中添加C元素含量的提高,合金的時效硬度增加但耐蝕性變差;Cu含量從3 at.%增加至5 at.%,合金耐蝕性顯著性下降;Cr含量從13 at.%增加至18 at.%,Fe60Cr18Co3.1Ni3.1Mn3.1Mo3.1Cu3Al3.1Ti3.1在所有研制成分中具有最佳的耐蝕性能,且時效硬度可高達到630HV。本文探索性研制結(jié)果表明:雖然多組元不銹鋼成分設計復雜,但當鐵含量接近65 at.%時并不會造成凝固組織形成大量復雜金屬間化合物和嚴重成分偏析。不同成分多組元不銹鋼可具有單相奧氏體不銹鋼結(jié)構(gòu),雙相不銹鋼fcc+bcc兩相結(jié)構(gòu)和具有顯著時效硬化效應的沉淀硬化不銹鋼簡單bcc固溶體結(jié)構(gòu)。相結(jié)構(gòu)變化導致不同成分合金硬度發(fā)生相應變化。同時,部分成分耐蝕性可與相同條件下制備的Ni-Cr奧氏體不銹鋼相媲美。特別是含Al、Ti的Fe60Cr18Co3.1Ni3.1Mn3.1Mo3.1Cu3Al3.1Ti3.1沉淀硬化不銹鋼時效硬度和耐蝕性能均遠高于傳統(tǒng)的17-4PH沉淀硬化不銹鋼。表明多組元不銹鋼的探索研制具有一定意義并值得后續(xù)進一步深入研究。
【學位單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.71
【部分圖文】：

圖 1.1 等原子比合金的混合熵與元素數(shù)的關(guān)系曲線1 The relation between mixing entrogy and the number of component 可知，標準狀態(tài)下一個系統(tǒng)的吉布斯自由能：ΔG=ΔH－ T ΔS為吉布斯自由能， H 為系統(tǒng)的焓變，T為系統(tǒng)的絕對溫。吉布斯自由能 越小體系越穩(wěn)定，因此在多主元高熵合熵就越大，吉布斯自由能 也就越小，則系統(tǒng)越穩(wěn)定明當合金元素種類達到一定數(shù)目時，系統(tǒng)的混合熵很大，化合物的形成，促進合金形成的單一而穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)[合金優(yōu)勢可知，高熵效應阻止結(jié)構(gòu)復雜的第二相生成，促進各元素生成簡單的晶體結(jié)構(gòu)，形成單一的體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)、

圖 1.2 五種不同原子混合形成固溶體相的示意圖.2 Five different atomic mixed formation of solid solution ph合金容易形成單一固溶體相或者非晶結(jié)構(gòu)，并且合致密的氧化膜，因此部分種類的高熵合金具有較強元數(shù)比較多,在高溫條件下混亂度更是增高，使得械性能。高熵合金中的某些組元元素具有一定的磁互作用時，可能會使得合金也具有磁性能；在高熵及形成薄膜的顆粒尺寸等因素對電磁性有一定的影好，便于加工和裝配，匹配性也不錯；由于高熵合所以高熵合金釬料的耐腐蝕性能一般也較好。金的制備及研究現(xiàn)狀1.2）可知，一般認為合金中等摩爾比元素的種類

第一章 文獻綜述為預防不銹鋼發(fā)生晶界腐蝕，一般可以嚴格控制含碳量，對不銹鋼進行固溶處理、均勻化處理和表面處理，或在不銹鋼中添加穩(wěn)定化元素等[45]。不銹鋼的點蝕又稱孔蝕，是發(fā)生在極局部區(qū)域的一種腐蝕形式，點蝕孔分散或密集分布在金屬表面上。圖 1.3 為不銹鋼在 3.5% NaCl溶液中發(fā)生點蝕后的表面形貌。目前形成點蝕的機理主要是由于不銹鋼的組織成分不均勻和腐蝕環(huán)境。不銹鋼在在鑄造、處理、加工過程中會產(chǎn)生缺陷，在與含氯離子的介質(zhì)接觸后,不銹鋼抗蝕最重要的表面鈍化膜在缺陷處被破壞，從而形成微型原電池并加劇腐蝕。點蝕的腐蝕速率很快，并且會加劇晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞的進程，甚至很多情況下點蝕即是這些類型腐蝕的起源。南昌航空大學的徐珊[46]通過多種電化學測量方式研究了 304 不銹鋼在的腐蝕溶液中點蝕行為，發(fā)現(xiàn)氯離子濃度越高，pH值越低，304 不銹鋼的耐點蝕能力越差。

【參考文獻】

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本文編號：2814562