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多主元合金的微结构及性能研究

作　者: 杜艳艳
导　师: 张国梁；李廷举
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多主元合金微观结构硬度室温力学性能电磁搅拌
分类号: TG139
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

一直以来我们所熟悉的传统合金系统均是以一种元素或者化合物为主,再添加其他若干合金元素来改善其性质。1995年,台湾清华大学叶均蔚教授提出了“多主元高熵合金”崭新的合金设计理念：选取5至13种主要元素配制成合金,每个主要元素含量至少超过5 at.%,但最多不超过35 at.%。高熵合金不仅在理论研究方面具有重大价值,在工业应用方面也有巨大的发展潜力。但其研究还是一块有待开发的沃土,人们对这一合金化过程的机理以及其中涉及到的诸多科学问题还没有很深入的认识。我们只能不断地尝试,并从实验中总结出规律。为拓展多主元合金研究视野,本课题选取了Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ni六种元素分别配制成四元中熵合金和六元高熵合金。采用真空电弧炉和真空中频感应加热炉两种方式熔炼,并在凝固过程中施加电磁搅拌。研究了铸态和均质化态合金的微观组织结构、显微硬度、室温力学性能等。AlxCrFe1.5Ni0.5合金系呈现简单的BCC固溶体结构。当铝含量增加到x=0.3时出现了超结构的衍射峰,继续提高铝含量超结构衍射峰依旧存在。由于析出强化效应及纳米相弥散强化效应,Al0.15合金具有较高的硬度值Hv443.2。之后由于铝的固溶强化效应,合金组织变简单,晶界趋于笔直,硬度也由Hv303.8逐步提高到Hv450.1。由于较高的混合熵值,AlCrFeNi合金呈现简单立方固溶体结构,并具有最高硬度值Hv476.9。Al0.15和Al0.2合金的混合熵值不足以使其维持高温稳定性。两种合金均质化后的组织趋于相同。AlCrFeNi合金虽仍属于中熵合金范畴,但该合金900℃均质化后组织没有发生明显的变化,只是晶粒比铸态时略大。Al0.5CoCrCuFeNi合金呈现单一的FCC结构,是典型的树枝晶组织。树枝间相有条状析出物且Cu元素严重富集。该合金室温压缩应变值超过50%时还没发生断裂,呈腰鼓状。合金的拉伸曲线没有颈缩现象,只包含弹性变形、均匀塑性变形和断裂。合金抗拉强度为616.76MPa,断裂面上有大量的韧窝,并伴有少量解理台阶。电磁搅拌可有效的细化组织,但不能从根本上消除Cu偏析。电磁搅拌显著提高了合金的压缩强度,并将抗拉强度提高到693.66MPa。但断口表面上有很多的微裂纹存在,合金延展性降低。Al0.5CoCrCuFeNi合金均质化后组织得到显著细化,其效果优于电磁搅拌。Cu元素偏析状况得到改善,但是不能从根本上得到消除。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 多主元高熵合金研发背景  9-10
  1.2 多主元高熵合金的概念  10-11
  1.3 多主元高熵合金的特点  11-14
  1.4 多主元高熵合金研究现状  14-22
  1.5 本文研究目的及内容  22-23
2 实验方法  23-28
  2.1 成分设计及实验方案  23-24
    2.1.1 成分设计  23
    2.1.2 实验流程  23-24
  2.2 合金准备  24-26
    2.2.1 真空电弧炉熔炼  24
    2.2.2 真空中频感应熔炼炉熔炼  24-26
  2.3 宏观成分测定  26
  2.4 微观组织观察  26
  2.5 X射线衍射分析  26
  2.6 显微硬度测试  26
  2.7 力学性能测试  26-28
3 AlCrFeNi系合金的组织结构及性能  28-40
  3.1 合金组成  28
  3.2 微观组织研究  28-32
    3.2.1 Al_xCrFe_(1.5)Ni_(0.5)合金系微观组织  28-30
    3.2.2 AlCrFeNi合金微观组织  30-32
  3.3 X射线衍射分析  32-35
    3.3.1 Al_xCrFe_(1.5)Ni_(0.5)合金系X射线衍射图谱  32-34
    3.3.2 AlCrFeNi合金X射线衍射图谱  34-35
  3.4 AlCrFeNi系合金的显微硬度  35-36
  3.5 AlCrFeNi系合金均质化后的组织  36-40
4 Al_(0.5)CoCrCuFeNi高熵合金的组织结构及性能  40-50
  4.1 微观组织研究  41-43
  4.2 X射线衍射分析  43-44
  4.3 室温力学性能测试  44-46
    4.3.1 Al_(0.5)CoCrCuFeNi合金的压缩性能  44-45
    4.3.2 Al_(0.5)CoCrCuFeNi合金的拉伸性能  45-46
  4.4 均质化后的微观组织  46-50
结论  50-51
参考文献  51-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

多主元合金的微结构及性能研究

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