多組元中熵合金的微觀組織與力學(xué)性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-02-08 00:49
高熵和中熵合金是在探索熵對(duì)穩(wěn)定化學(xué)無序的固溶體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)無序的非晶結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展而來,且非等原子比-多相第二代高熵合金中每種元素的原子數(shù)以不同比例調(diào)配,合金的設(shè)計(jì)自由度更大、性能上的“雞尾酒”效應(yīng)發(fā)揮更充分,通常同時(shí)具有高強(qiáng)、高溫?zé)岱�(wěn)定性和高耐蝕性等,彌補(bǔ)了亞穩(wěn)態(tài)材料室溫脆性以及亞穩(wěn)晶化的不足,近年來其開發(fā)與研究工作備受關(guān)注。本文以中熵合金Fe77.3-x7.3-x Mnx Si9.1Cr9.8C3.8（x=1437,at.%）為研究對(duì)象,利用磁懸浮熔煉+真空吸鑄法制備棒狀試樣,由熱力學(xué)模型計(jì)算相關(guān)參數(shù)及合金層錯(cuò)能,分析Mn含量變化對(duì)合金微觀組織及室溫力學(xué)性能的影響,并研究了低溫處理及高溫?zé)崽幚韺?duì)中熵合金微觀組織及力學(xué)性能的影響。首先,由Boltzmann統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論,計(jì)算了Fe77.3-x7.3-x Mnx Si9.1Cr9.8C3.8（x=1...
【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
N組元合金按等原子比混合時(shí)合金混合熵[3]
，其熵值不小于1.5R。由圖1.1可見，當(dāng)組元數(shù)增加到一定值時(shí)，合金混合熵隨組元數(shù)增長(zhǎng)的速率已減慢，遠(yuǎn)不及五元合金混合熵的增長(zhǎng)速率，可見當(dāng)組元數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，已不能再單純地依賴增加組元數(shù)目來顯著提高合金材料的混合熵。然而，隨著研究的進(jìn)一步發(fā)展，在這個(gè)根據(jù)熵值來劃分合金種類的普遍接受但并不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x下，學(xué)者對(duì)于中高熵合金的定義又有所拓展，如近年來學(xué)者提出的近等原子比或非等原子比高熵合金[6,7]。這些新合金設(shè)計(jì)理念的提出大大豐富了中熵、高熵合金系統(tǒng)種類，使得中熵、高熵合金的開發(fā)應(yīng)用更加廣泛。圖1.2通過混合熵對(duì)合金的劃分圖
子半徑的原子碰撞激烈、隨機(jī)自由分布使得晶胞單元內(nèi)畸變程度很大，兼之原子間的強(qiáng)烈鍵合力的作用，使得原子在自由擴(kuò)散過程中克服周圍相互作用力需要更多的能量，而在融入“新集體”過程中同樣也要做更多功，同時(shí)在原子遷移過程中不停地與周圍隨機(jī)分布的原子碰撞消耗能量，因此擴(kuò)散過程的進(jìn)行很大程度地被抑制，即出現(xiàn)遲滯擴(kuò)散效應(yīng)。擴(kuò)散速率的降低大大削弱了塑韌性較好的固溶體相的產(chǎn)生。合金的流動(dòng)性不及純金屬，因此成型后在原子尺度上晶胞內(nèi)通常會(huì)有點(diǎn)缺陷及空位，擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)就是高能態(tài)原子受激發(fā)遷移填充空位的過程，如圖1.2所示，但空位填充的過程也不是一蹴而就的，需要考慮原子間的相互作用力及填充后系統(tǒng)能量有無突變。若受激發(fā)原子填充后能量使系統(tǒng)平穩(wěn)，再無二次激發(fā)現(xiàn)象，此時(shí)原子處于能量較低的穩(wěn)定態(tài)，不再發(fā)生躍遷；若游離原子填充空位后仍處于高能態(tài)，此時(shí)高能態(tài)的原子并不穩(wěn)定，而是在晶格平衡位置受力振動(dòng)，發(fā)生二次躍遷。圖1.2原子尺度的空缺影響能量及擴(kuò)散速率[8]由于制備中熵合金元素多樣，元素具有唯一性，不同元素具有不同性質(zhì)，各種元素間彼此影響，去粗取精，使得中熵合金呈現(xiàn)出復(fù)合效應(yīng)，表現(xiàn)為某一元素突出的特性會(huì)帶動(dòng)合金整體在該方面突出的性能表現(xiàn)。如鋼中添加微量P、S元素將會(huì)使材料變脆，材料性能嚴(yán)重降低；合金中添加Cu、Au等有色金屬會(huì)使金屬材料顏色變沉；而Li、Al等輕金屬的添加明顯降低合金密度，在保證合金強(qiáng)度的同時(shí)降低材料質(zhì)量，這類材料也是航空領(lǐng)域界的迫切需求；同時(shí)Cr、Mo、Ni等元素的添加會(huì)使合金耐腐蝕性能大大提高，從而制備出潮濕環(huán)境所需的耐蝕材料。這種現(xiàn)象類似于合金優(yōu)性能的“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，因而使得中熵合金性能突出，達(dá)到傳統(tǒng)合金所不能企及的高度。中熵合金的設(shè)計(jì)本就是近年來地方新課題?
本文編號(hào)：3023100
【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
N組元合金按等原子比混合時(shí)合金混合熵[3]
，其熵值不小于1.5R。由圖1.1可見，當(dāng)組元數(shù)增加到一定值時(shí)，合金混合熵隨組元數(shù)增長(zhǎng)的速率已減慢，遠(yuǎn)不及五元合金混合熵的增長(zhǎng)速率，可見當(dāng)組元數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，已不能再單純地依賴增加組元數(shù)目來顯著提高合金材料的混合熵。然而，隨著研究的進(jìn)一步發(fā)展，在這個(gè)根據(jù)熵值來劃分合金種類的普遍接受但并不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x下，學(xué)者對(duì)于中高熵合金的定義又有所拓展，如近年來學(xué)者提出的近等原子比或非等原子比高熵合金[6,7]。這些新合金設(shè)計(jì)理念的提出大大豐富了中熵、高熵合金系統(tǒng)種類，使得中熵、高熵合金的開發(fā)應(yīng)用更加廣泛。圖1.2通過混合熵對(duì)合金的劃分圖
子半徑的原子碰撞激烈、隨機(jī)自由分布使得晶胞單元內(nèi)畸變程度很大，兼之原子間的強(qiáng)烈鍵合力的作用，使得原子在自由擴(kuò)散過程中克服周圍相互作用力需要更多的能量，而在融入“新集體”過程中同樣也要做更多功，同時(shí)在原子遷移過程中不停地與周圍隨機(jī)分布的原子碰撞消耗能量，因此擴(kuò)散過程的進(jìn)行很大程度地被抑制，即出現(xiàn)遲滯擴(kuò)散效應(yīng)。擴(kuò)散速率的降低大大削弱了塑韌性較好的固溶體相的產(chǎn)生。合金的流動(dòng)性不及純金屬，因此成型后在原子尺度上晶胞內(nèi)通常會(huì)有點(diǎn)缺陷及空位，擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)就是高能態(tài)原子受激發(fā)遷移填充空位的過程，如圖1.2所示，但空位填充的過程也不是一蹴而就的，需要考慮原子間的相互作用力及填充后系統(tǒng)能量有無突變。若受激發(fā)原子填充后能量使系統(tǒng)平穩(wěn)，再無二次激發(fā)現(xiàn)象，此時(shí)原子處于能量較低的穩(wěn)定態(tài)，不再發(fā)生躍遷；若游離原子填充空位后仍處于高能態(tài)，此時(shí)高能態(tài)的原子并不穩(wěn)定，而是在晶格平衡位置受力振動(dòng)，發(fā)生二次躍遷。圖1.2原子尺度的空缺影響能量及擴(kuò)散速率[8]由于制備中熵合金元素多樣，元素具有唯一性，不同元素具有不同性質(zhì)，各種元素間彼此影響，去粗取精，使得中熵合金呈現(xiàn)出復(fù)合效應(yīng)，表現(xiàn)為某一元素突出的特性會(huì)帶動(dòng)合金整體在該方面突出的性能表現(xiàn)。如鋼中添加微量P、S元素將會(huì)使材料變脆，材料性能嚴(yán)重降低；合金中添加Cu、Au等有色金屬會(huì)使金屬材料顏色變沉；而Li、Al等輕金屬的添加明顯降低合金密度，在保證合金強(qiáng)度的同時(shí)降低材料質(zhì)量，這類材料也是航空領(lǐng)域界的迫切需求；同時(shí)Cr、Mo、Ni等元素的添加會(huì)使合金耐腐蝕性能大大提高，從而制備出潮濕環(huán)境所需的耐蝕材料。這種現(xiàn)象類似于合金優(yōu)性能的“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，因而使得中熵合金性能突出，達(dá)到傳統(tǒng)合金所不能企及的高度。中熵合金的設(shè)計(jì)本就是近年來地方新課題?
本文編號(hào)：3023100
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