多主元高熵合金具有良好的耐高溫和抗輻照性能,在核能領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。為滿足聚變堆等先進(jìn)核能系統(tǒng)對(duì)材料低活化的服役需求,材料設(shè)計(jì)時(shí)需考慮替換或去除高熵合金中常用的Nb、Mo、Ni、Co等易活化元素。然而由于元素原子半徑和電負(fù)性差異,元素替換以后由于部分元素間混合焓作用,合金很難保證仍是良好的單相固溶體結(jié)構(gòu)。若僅是去除合金中的易活化元素,由于合金構(gòu)型熵降低從而可能引起合金出現(xiàn)相分離或形成脆性相,最終導(dǎo)致材料脆化。為減少或避免脆性相的出現(xiàn),需要研究其形成特征與形成機(jī)理,從而為抑制脆性相提供指導(dǎo)。本論文設(shè)計(jì)并制備了低活化多主元鐵錳鉻合金Fe52Mn30Cr18,針對(duì)合金的相穩(wěn)定性問(wèn)題,重點(diǎn)分析了合金在不同熱處理?xiàng)l件下的相變過(guò)程和相變機(jī)理,闡明了相變對(duì)材料強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能的影響。本論文工作的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:1)基于低活化、多主元、奧氏體-鐵素體(γ+α)雙相的材料基本設(shè)計(jì)理念,以Fe、Mn、Cr為合金主元設(shè)計(jì),從優(yōu)化相結(jié)構(gòu)考慮設(shè)計(jì)合金成分,并通過(guò)感應(yīng)熔煉制備Fes2Mn30Cr18合金。通過(guò)1150℃均勻化3 h后淬火過(guò)程,合金中形成γ+α雙相結(jié)構(gòu)。2)通過(guò)不同溫度的等溫?zé)崽幚磉^(guò)程研究了淬火態(tài)雙相合金的相穩(wěn)定性,獲得室溫至1200℃溫度范圍內(nèi)合金中相演化規(guī)律。結(jié)果顯示,直至450℃等溫?zé)崽幚磉^(guò)程中合金中γ相和α相保持穩(wěn)定。在475℃附近,合金中的α相會(huì)轉(zhuǎn)化為χ相。從800℃開(kāi)始,χ相逐步分解為γ相與σ相交疊的片層狀類(lèi)珠光體結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度高于1000℃時(shí)σ相分解形成α相,合金中γ+αα雙相共存。溫度高于1200℃,合金中γ相消失,材料形成α單相結(jié)構(gòu)。3)針對(duì)合金中存在的相變過(guò)程,重點(diǎn)研究了 χ相與σ相的形成特征并深入分析其形成機(jī)理,為材料中這些相的控制提供可靠的依據(jù)。475℃附近α→χ相變主要特征為材料鐵磁性消失、體積收縮和無(wú)明顯的元素重新分布。800℃附近χ→γ+σ分解過(guò)程伴隨明顯的Cr元素重新分布、體積收縮。根據(jù)相變特征和相變機(jī)理分析可知,通過(guò)引入少量原子半徑差異大的合金元素可以有效抑制χ相的形成。4)研究了相變對(duì)合金力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明,通過(guò)1150℃ 3 h均勻化后水淬合金形成了γ+ 雙相合金,且不含χ相與σ相,其抗拉強(qiáng)度和延伸率與傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼相當(dāng),屈服強(qiáng)度約為其2倍,顯示該合金具有較好的強(qiáng)度與塑性。但在475℃附近合金中出現(xiàn)χ相,導(dǎo)致合金發(fā)生硬化和脆化,800℃以上χ→γ+σ兩相交疊的片層狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變能夠部分緩解材料的脆化。而通過(guò)1000℃以上均勻化處理后淬火的熱處理過(guò)程可消除σ相對(duì)合金脆化的影響。本論文通過(guò)分析鐵錳鉻多主元合金的相穩(wěn)定性,揭示了涉及χ相和σ相的相變機(jī)理,并分析了相變對(duì)合金力學(xué)性能的影響,這些研究為通過(guò)熱處理優(yōu)化低活化多主元合金組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能提供了科學(xué)依據(jù),相關(guān)結(jié)果可為優(yōu)化設(shè)計(jì)新型低活化多主元結(jié)構(gòu)材料提供理論和數(shù)據(jù)支持。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TL341
【部分圖文】：

?２５０??Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?Ｄａｍａｇｅ?（ｄｐａ）??圖１．２不同核能系統(tǒng)的工作溫度和材料服役輻照劑量區(qū)間??Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?Ｍａｔｅｒｉａｌ?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｗｉｎｄｏｗｓ：?１０－５０?ｄｐａ??ｗｒｒｎ?１?１?￣ｉｉｉｉＭＨｎ??Ｍｏ（ＴＺＭ＞?福照脆化，Ｔ?Ｍ??Ｔ＊＊８Ｗ．２Ｈｆ?ｌ?Ｉ?Ｉ＇ＵＮ?｜?ｍ｜?：??Ｎｈ－，Ｚｒ－ｌｃ?ｘｍｈｍｍＶ?＼??ＶＴ?丨?Ｉ?／??ＯＤＳ?ｆｅｒｒｉｔｉｃ?ｓｔ．?變效應(yīng)寧響??Ｆ／Ｍ?ｓｔｅｅｌ?Ｈ?＼??３ｉ６ｓｓ?ｉ??Ｉｎｃｏｎｅｌ?７１８??ＳｉＣ／ＳｉＣ?＾霸！??０?２００?４００?６００?８００?１００（ｉ?＂＾２０（ｉ?ｌｕＯＯ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（Ｘ）??圖１．３常用

性的同時(shí)在材料塑性變型過(guò)程中其強(qiáng)度也逐漸提高，最終使材料兼具良好塑性??和高強(qiáng)度的特性。??圖１．６為材料按構(gòu)型熵值的基本分類(lèi)［３＼當(dāng)構(gòu)型熵低于１及時(shí)為普通合金，??當(dāng)其在及－１．５７？之間為中熵合金，當(dāng)其高于１．５／？則為高熵合金。Ｎａｔｕｒｅ文獻(xiàn)中提??到的鐵錳基高熵合金Ｆｅ５〇Ｍｎ３〇ＣｏｉｏＣｎ＜）［３８］，其熵值僅為１．１７凡屬于中熵合金范??１２??

ｗ?ｗ?＾?屬?ＥＤ?圓??圖１．Ｓ合金主元數(shù)目與其輻照下的腫脹和缺陷分布情況??Ｒａａｂｅ課題組最先打破僵局，提出了通過(guò)調(diào)控合金組元和成分降低合金中??單相固溶體形成能力，從而設(shè)計(jì)非五元等比例雙相高熵合金和高熵鋼材料??［３８，３９’４６，４７］。他們提出的雙相高摘合金Ｆｅ５〇Ｍｎ３〇Ｃ〇１〇Ｃｒ１０?（其中元素成分單位為質(zhì)??量百分比（ｗｔ．％），下文同，除非特別注明）。室溫條件下該合計(jì)是ＦＣＣ＋ＨＣＰ??雙相結(jié)構(gòu)，ＦＣＣ相占７２％，?ＨＣＰ相占２８％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該材料在拉伸的過(guò)程??中，ＦＣＣ相逐漸減少，ＨＣＰ相逐漸增加，對(duì)拉伸應(yīng)變６５％的樣品測(cè)試顯示，其??ＦＣＣ相含量?jī)H占１６％，而ＨＣＰ相含量增加至８４％。這樣的塑性變形過(guò)程帶來(lái)??的好處是材料在拉伸變形過(guò)程中由于材料ＨＣＰ相的增多強(qiáng)度逐漸增加
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本文編號(hào)：2853164