【摘 要】
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与传统合金相比,某些多主元高熵合金具有低温高塑性,但强度低的特点,如CoCrFeMnNi高熵合金室温下延伸率接近60%,液氮温度下的延伸率可达75%,但室温屈服强度仅为400MPa。因此,本文利用合金化和热处理的方法,来调控CoCrFeMnNi高熵合金的组织结构,提高其综合力学性能,并为其工程应用提供理论基础。本文以真空电弧熔炼炉制备的CoCrFeMnNi-Mox和CoCrFeMnNi-Mo5%C
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与传统合金相比,某些多主元高熵合金具有低温高塑性,但强度低的特点,如CoCrFeMnNi高熵合金室温下延伸率接近60%,液氮温度下的延伸率可达75%,但室温屈服强度仅为400MPa。因此,本文利用合金化和热处理的方法,来调控CoCrFeMnNi高熵合金的组织结构,提高其综合力学性能,并为其工程应用提供理论基础。本文以真空电弧熔炼炉制备的CoCrFeMnNi-Mox和CoCrFeMnNi-Mo5%Cx系列高熵合金为研究对象,采用SEM、EDS、XRD等表征方法,以及万能试验机和维氏硬度仪等测试手段,分析了Mo与C元素含量对CoCrFeMnNi高熵合金组织及力学性能的影响,探讨了冷却方式、热处理温度,保温时间等工艺参数对CoCrFeMnNi-Mo5%和CoCrFeMnNi-Mo5%C0.5%高熵合金组织及力学性能的影响规律,揭示了CoCrFeMnNi高熵合金添加Mo与C元素后第二相形成机理和强化机制,获得了如下主要结论:CoCrFeMnNi-Mox(x=1,3,5,7,10wt.%)系高熵合金中,当Mo含量低于7wt.%时,Mo固溶于基体中;当Mo含量超过7wt.%时,晶界处会析出σ相(Cr Mo);随着Mo含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度提高,且塑性较好,延伸率均大于35%。在不同温度(700℃,800℃,900℃,1000℃)保温2h后炉冷,CoCrFeMnNi-Mo5%高熵合金均有σ相析出;并且随着温度升高,合金中σ相数量逐渐增多并出现了晶内析出的现象;1000℃时,合金的硬度和抗拉强度最高,分别为195HV和579MPa。经1000℃保温4h的CoCrFeMnNi-Mo5%高熵合金在之后的冷却过程中,随冷速增大,σ相数量减少,其形态和析出方式由晶内条状和晶界连续状析出转变为晶界的条状析出;炉冷后合金的屈服强度和抗拉强度最高,分别为308MPa和583MPa。CoCrFeMnNi-Mo5%Cy(y=0.1,0.3,0.5,0.7,1wt.%)系高熵合金中,当碳含量低于0.3wt.%时为单一的FCC相;C含量为0.3wt.%时,晶界和晶内开始析出碳化物,且碳化物的数量随着C含量的增加而增多。碳化物的析出使得合金的硬度、抗拉强度和屈服强度提高,而塑性降低;碳含量为0.5%时合金具有最佳的综合性能,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为347MPa、739MPa和41.5%。900℃保温4h后水冷,CoCrFeMnNi-Mo5%C0.5%高熵合金中碳化物相的体积分数最多,屈服强度最高达460MPa;随着热处理温度的进一步升高,合金中碳化物相逐渐分解;经1150℃保温4h后,随冷速的增大,合金中碳化物的体积分数减小,合金的抗拉强度和屈服强度降低,而塑性升高;经过1200℃保温48h水冷处理后,发现生成CrMn和MnCr两种新的第二相,而合金中碳化物消失,合金的强度进一步降低。
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