CoCrMnNiFe 高熵合金成分对力学性能影响机制研究

为探究CoCrMnNiFe高熵合金中成分变化对力学性能的影响,利用分子动力学模拟了主元成分变化对力学性能的影响,同时分析了其微观物理机制。结果发现：Ni含量升高,CoCrMnNiFe高熵合金弹性模量、屈服强度和抗拉强度均逐渐增大;Fe、Mn、Cr含量升高会降低CoCrMnNiFe高熵合金弹性模量、屈服强度和抗拉强度;Co含量变化对力学性能影响较小。此外,还阐明了成分变化影响CoCrMnNiFe高熵合金力学性能的微观物理机制,发现通过调控高熵合金成分可以调控其层错能,从而影响其位错形核能力。     

MoCrFeMnNi高熵合金退火后的组织和性能

高熵合金因具有高强度、耐腐蚀、耐高温氧化等优异的性能而备受关注.采用铝热反应法制备MoCrFeMnNi高熵合金,用XRD、SEM、EDS、显微硬度和压缩实验研究了铸态及700 ℃/12 h、800 ℃/6 h、1 000 ℃/3 h退火后合金的组织和性能变化.结果表明:铝热法制备的MoCrFeMnNi高熵合金为典型的枝晶形貌,晶体结构主要由BCC相、FCC相以及少量的σ相构成,其中枝晶区域为BCC结构,富含Mo和Cr元素;枝晶间区域为FCC结构,富含Ni元素.随着退火温度的上升,枝晶间逐渐析出纳米级σ相,使得合金硬度上升,在800 ℃/6 h退火处理后达到667 HV,抗压强度达到1 050 MPa;1 000 ℃/3 h退火后,σ相团聚成球状和针状并在高温下部分溶解,σ相的减少使得合金硬度下降,抗压强度与铸态时相当,塑性显著提升.     

硼含量对FeCoNiCrAl0.1Bx高熵合金组织和力学性能的作用

研究了硼含量对FeCoNiCrAl_(0.1)B_x(x=0～0.1)高熵合金微观组织和力学性能的作用.结果表明:当硼含量x≤0.03时,FeCoNiCrAl_(0.1)B_x高熵合金由单一面心立方(facecentered cubic,FCC)结构的γ相组成;而当硼含量x ≥ 0.05 时,FeCoNiCrAl_(0.1)B_x高熵合金由γ相、微量的有序态FCC相和硼化物组成.硼元素的加入,细化了 FeCoNiCrAl_(0.1)B_x高熵合金的晶粒,提高了合金的抗拉强度,但也降低了合金的延伸率.在真空中拉伸时,FeCoNiCrAl_(0.1)B_x高熵合金的断口形貌均为韧窝状塑性断口.     

基于高熵合金中间层的铜/钢TIG焊接头组织与性能

铜/钢复合结构不仅能够满足不同环境对材料性能的要求,还可减少铜材的消耗,将大大降低构件的成本;但铜与钢之间物化性能差异较大,其中极差的相溶性会导致焊后出现液相分离或缺陷。基于焊缝金属固溶-高熵化思路,设计Fe₅Co₃₀Cr₃₀Ni₃₀Cu₅高熵合金作为中间层,对T2紫铜和Q235钢进行TIG焊接,并对中间层及接头的组织与性能进行分析。结果表明：Fe₅Co₃₀Cr₃₀Ni₃₀Cu₅高熵合金为单相FCC固溶体结构,具有良好的强度和塑韧性;采用该中间层材料,利用TIG焊方法可实现T2紫铜和Q235钢的可靠连接,焊缝成形良好且无气孔、裂纹等缺陷;焊缝区组织为单相FCC固溶体结构,具有显著的高熵化特征;焊接接头平均抗拉强度为225 MPa,达到铜母材强度的91%,平均断后延伸率达到44%;接头断裂发生在紫铜侧热影响区,且断口表面呈现有大量的韧窝结构,具有显著的韧性断裂特征。     

退火温度对铝热法制备的TiCrFeMnNi高熵合金组织与硬度的影响

采用铝热法制备TiCrFeMnNi高熵合金,通过XRD、SEM、EPMA和硬度测试研究了铸态以及700、800、1 000℃退火后其组织和性能的变化.结果表明:铝热法制得的TiCrFeMnNi高熵合金为树枝晶结构,相组成包括体心立方相,面心立方相和σ相.铸态TiCrFeMnNi高熵合金的硬度可达615 HV.与铸态相比,随着退火温度的升高,σ析出相不断溶解,1 000℃退火后几乎完全溶解,硬度先明显上升后略有下降,分别为810、767、778 HV.     

AlCrCuFeNi高熵合金的组织与硬度研究

利用真空电弧炉熔铸等摩尔比的AlCrCuFeNi高熵合金.X射线衍射分析与扫描电镜能谱分析表明,AlCrCuFeNi高熵合金具有面心立方和体心立方结构,合金铸态组织是典型的树枝晶,铬偏聚于晶内,而铜偏聚于枝晶间.AICrCuFeNi高熵合金具有高硬度与耐回火软化特性,铸态硬度为HV490,600℃退火后硬度还维持在HV420;高熵合金的铸态组织比较稳定.     

粉末粒度对快速冷凝铝锂合金性能的影响

研究了粉末粒度对快速冷凝铝锂合金性能的影响,结果表明,合金的塑性先随着粉末粒度的减小而升高,而后又随着粉末粒度的减小而下降,其中,经250～300目筛分的合金粉末制备的合金综合力学性能最好。     

CoCrFeNi高熵合金组织演变规律及再结晶动力学

利用Gleeble-1500 D热模拟试验机对添加少量C原子的非等原子比CoCrFeNi高熵合金进行热变形处理.结果表明,当变形温度为1123 K,应变速率为0.1 s-1时,合金的显微组织主要为变形晶粒,随着温度的升高或应变速率的降低,变形晶粒边缘开始出现细小的等轴晶;当变形温度为1223 K时,其组织全部为等轴的再...     

NbMoTaWVx难熔高熵合金的微观结构和力学性能的第一性原理研究

采用虚拟晶体近似固溶体模型,通过第一性原理方法研究V元素含量的变化对NbMoTaWV_x难熔高熵合金的晶体结构和弹性性质的影响.结果表明, NbMoTaWV_x难熔高熵合金均为单相无序体心立方结构, V较小的原子半径和密度导致合金的晶格常数和密度减小. V的添加会降低合金抵抗弹性形变的能力,但合金的韧性和各向异性会增强.价电子浓度可能是影响合金结构和力学性能的重要因素,价电子浓度降低,其晶体结构稳定性和理论强度有所下降,但韧性和各向同性会增强.     

磁控溅射制备AlCrWTaTiNb高熵合金薄膜低温等离子体氮化

采用磁控溅射技术沉积了AlCrWTaTiNb多元高熵合金薄膜,在400℃以下采用高密度等离子体设备对沉积的薄膜进行了氮化处理.用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜和纳米压痕对氮化后薄膜的微观结构、表面形貌以及力学性能进行了分析.结果表明,高熵效应有利于降低氮化温度,最低氮化温度仅为200℃,所有的(AlCrWTaTiNb)N薄膜晶体结构呈现简单的FCC结构,且具有(111)择优取向.随着氮化温度的增加,(AlCrWTaTiNb)N复合薄膜的显微硬度、弹性模量和对应的H3/E2均增大,氮化温度为300℃时,达到最大,随后略微下降.随氮化时间的延长,显微硬度和弹性模量均逐渐增加.     

Al与FeNiCoCrMn系高熵合金扩散焊界面研究

采用放电等离子烧结（SPS）对Al与FeNiCoCrMn高熵合金（HEA）及其六种子集（Ni、NiCo、FeNi、FeNiCo、NiCoCr、FeNiCoCr）进行固相扩散焊,探究了其扩散焊界面层微观组织、元素分布、相组成与显微硬度.结果表明,FeNiCoCrMn HEA对Al具有更好的扩散阻挡作用,其扩散焊界面层厚度最薄,仅为14.5 μm.Ni、NiCo、FeNi的扩散焊界面生成金属间化合物（IMCs）以Al3Ni-类型IMC为主,而FeNiCo、NiCoCr、FeNiCoCr、FeNiCoCrMn的扩散焊界面以Al13Fe4-类型IMC为主,且当Al13Fe4-类型IMC在界面IMC扩散层的占比越大,界面的软化效果越显著.FeNiCo合金与Al扩散焊界面软化效果最明显,界面硬度最低,仅为424 HV.     

钢/铝回填式搅拌摩擦点焊接头界面形貌和组织研究

采用回填式搅拌摩擦点焊实现了钢和铝合金板的连接。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪等设备观察了钢/铝点焊接头的界面形貌,并分析了钢/铝点焊接头的力学性能与界面形貌的关联机制。结果显示,钢/铝点焊接头的断裂类型为钮扣断裂,力学性能较好。钢/铝点焊接头结合良好,未见明显的焊接缺陷。在钢/铝点焊接头界面处可以观察到钩状结构和漩涡结构,这些结构提供机械互锁效果,有利于母材的结合。钢/铝点焊接头界面处形成了主要元素为Al、Fe和Si的金属间化合物层。有效的冶金结合和机械结合是钢/铝点焊接头性能良好的主要原因。     

选区激光熔化FeCoNiCr系高熵合金微观组织的实验研究

介绍了关于选区激光熔化的热分析理论,利用选区激光熔化技术制备FeCoNiCrAl_0.5和FeCoNiCrAl_0.8高熵合金试件.利用超景深显微镜对试件微观组织进行观测,分析了粉末粒径、元素含量,以及工艺参数等因素对选区激光熔化高熵合金的微观组织的影响.结果表明,随着激光功率增大,试件顶部等轴晶的占比越来越少,尺寸越来越细小,试件底部组织中枝晶的占比逐渐增多,尺寸不断增大;随着扫描速度增大,高熵合金试件底部组织中枝晶尺寸逐渐减小、宽度变窄;搭接率对高熵合金试件微观组织影响较小;制得的高熵合金试件存在着裂纹、凹陷及气孔等缺陷.     

基于特征工程和机器学习的铝基高熵合金稳定性预测

铝基复合材料具有众多优异的性能, 应用前景较好. 以简单稳定相的高熵合金可以作为增强颗粒来制备铝基复合材料, 其各方面力学性能都显著提升. 提出了一种基于结合了特征工程和机器学习的新方法来研究高熵合金相稳定性. 该方法利用特征工程筛选出影响目标属性的重要因素, 然后选择相应的回归方法预测相稳定性. 使用 50% 的数据集进行训练, 并在其余数据集上进行测试验证. 研究结果表明, 该方法在预测高熵合金的相稳定性方面具有较高的准确性($R^{2}$=0.994), 且能辅助找到影响相稳定性的关键因素.     

变形量对(CoNiV)97Al3中熵合金组织和力学性能的影响

高强度和高塑性的中熵合金,相较于传统合金能够满足更多的实际应用。通过在CoNiV合金中掺入微量Al,经过退火处理来提高其力学性能。制备了不同Al含量的铸态(CoNiV)_100-xAl_x（x为1、2、3、4、5,原子分数/%）合金。采用万能试验机、维氏硬度计、X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜,研究了退火温度、Al含量及拉伸变形量对合金力学性能、显微组织的影响。实验结果表明,随着Al含量的增加,合金的伸长率提升到30%以上,维氏硬度从755.8降低到375.6。经过1 000 ℃退火处理后的合金达到更高的强度?塑性平衡,伸长率可达到35%以上,拉伸屈服强度较高（超过950 MPa）。实验选择(CoNiV)₉₇Al₃（Al3）中熵合金作为研究对象,将系统分析拉伸变形量（50%、100%）对Al3合金微观组织及力学性能的影响。Al3合金在拉伸变形过程中,位错滑移主导变形,孪晶增加位错存储量,促进位错滑移堆积,该合金变形?断裂过程的主要为位错与孪晶的协同作用。     

Al含量对AlxFeNi2.5CrMo高熵合金微观结构与力学性能的影响

针对现有铁素体钢在反应堆压力容器中抗压强度低与低温脆性高的问题,采用真空电弧熔炼法制备了系列AlxFeNi2. 5CrMo高熵合金试样,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量散射谱以及力学性能测试等方式分析了Al含量对高熵合金微观结构和力学性能的影响.实验结果表明,制备的AlxFeNi2. 5CrMo高熵合金主要由面心立方主相和少量的Laves相组成,其微观组织呈现出典型的树枝晶和枝晶间结构,且枝晶的分布均匀性随着Al含量的增加而变差;其抗压强度和抗拉强度随着Al含量的增加呈现出先增加后降低的趋势,当Al含量x=0. 2时,高熵合金的抗压强度和抗拉强度达到最大值,分别为3 984 MPa和795 MPa.     

淬火方式对高硼合金组织及力学性能的影响

为获得性能较优的马氏体基体同时避免过大残余应力的形成,研究了淬火方式对高硼合金组织、力学性能及残余应力的影响。采用空冷和油冷两种淬火方式调控合金基体组织和残余应力,进而分析了合金在不同淬火方式下的力学性能和残余应力的变化规律。实验结果表明:热处理后,基体由珠光体转变为马氏体,进而促使合金宏观硬度从铸态下的HRC42.73提高至空冷下的HRC55.31和油冷下的HRC57.18,增幅分别为29.44%和33.82%,同时合金中残余应力从铸态下的-307.66MPa增至空冷下的-407.35MPa和油冷下的-462.21MPa。与油冷方式相比,空冷方式下合金宏观硬度虽略有降低,但形成的残余应力较小,进而降低了合金的淬裂倾向。综上所述,在空冷方式下,高硼合金既可获得较优的力学性能又可避免过大残余应力形成,显示出更优的性价比和应用前景。