扫描间距对选区激光熔化成形CoCrFeNiMo0.2高熵合金微观结构及性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)制备CoCrFeNiMo_0.2高熵合金,研究扫描间距对合金微观组织及力学性能的影响。研究结果表明：SLM成形的合金具有由熔池、柱状晶和胞状晶等组成的多层级结构。随着扫描间距增加,试样的相对密度先增加后减小,当扫描间距为0.15 mm时,合金的相对密度最高,达到99.7%。随着扫描间距增加,胞状晶的尺寸逐渐减小,合金的织构逐渐减弱。当扫描间距为0.05 mm时,胞状晶尺寸约为0.99μm,试样沿建造方向呈现较强的[001]织构;当扫描间距增加至0.20 mm时,胞状晶尺寸减小至0.36μm,织构基本消失。当扫描间距为0.15 mm时,合金的综合性能最佳,其屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率分别达到696 MPa、945 MPa和31%,较传统的熔铸CoCrFeNiMo_0.2高熵合金强度提高了约60%。SLM成形的合金中由熔池、柱状晶和胞状晶等组成的多层级结构(尤其是纳米胞状晶结构)是合金性能优异的主要原因。     

激光熔覆CoCrFeMnNiMox高熵合金涂层的微观组织及性能

45钢存在耐磨性能及耐蚀性能较差等问题.采用激光熔覆技术在45钢表面制备了CoCrFeMnNiMo_x(x=0.00, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00)高熵合金涂层,研究了Mo元素对高熵合金涂层的微观组织和性能的影响.结果表明：CoCrFeMnNiMo_x高熵合金涂层由单一的面心立方(FCC)固溶体组成.含Mo元素涂层微观结构为典型的枝晶和枝晶间结构,这是熔池在凝固过程中的非均质形核现象导致的.涂层的显微硬度随x值的增大而升高,其中Mo_1.00涂层硬度最高为2.391 GPa,定量计算表明固溶强化是显微硬度提升的主要原因.随着Mo质量分数的升高,磨损机制从黏着磨损演变为磨粒磨损和氧化磨损.其中,Mo_1.00涂层具有最低的体积磨损率(0.68×10^-4 mm³/(N·m)).根据点缺陷模型理论分析了涂层钝化对耐蚀性能的影响.添加Mo元素提升了涂层钝化行为的脱水速率,使得氧化物层变厚,进而提升了涂层的耐蚀性.涂层的腐蚀机制为晶间腐蚀,Mo_0...     

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.     

选区激光熔化马氏体时效钢(18Ni300)工艺参数研究

采用单因素条件变量分析方法,研究选区激光熔化(SLM)增材制造过程中激光功率和扫描速度对马氏体时效钢成形件表面质量、相对致密度和硬度的影响规律.结果表明,随着激光扫描速度增大,试件表面熔道球化效应增强,内部缺陷增多,试件相对致密度和硬度逐渐降低;随着激光功率增大,试件表面熔道重熔区域变大,但试件的相对致密度和硬度无明显变化.本研究可为马氏体时效钢选区激光熔化工艺参数的合理选择提供参考.     

脉冲电沉积纳米晶Ni-Co合金的组织结构与力学性能

采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDS)等方法研究了脉冲电沉积法制备的纳米晶Ni-Co合金的微观组织结构和成分.测定了纳米晶Ni-Co合金的显微硬度和拉伸性能,研究了纳米晶Ni-Co合金中合金成分与力学性能的关系,并利用SEM对拉伸后断口进行分析.结果表明:合金中Co含量随镀液中Co2+浓度的增加而显著增加,并且随着Co含量的增加合金晶粒尺寸减小;合金显微硬度值随着Co含量的增加而增加.随着合金中Co含量的增加,断裂延伸率先逐渐减小,而后随着Co含量的增加而逐渐增大.拉伸过程晶粒尺寸明显增大,断口微观形貌呈韧窝状.     

横向约束对Fe-C合金凝固微观组织的相场法模拟

以Fe-C二元合金为例,采用多相场法模拟了横向约束条件下枝晶与共析组织微观形貌的演化过程,探讨了横向约束的长度、厚度对枝晶与共析组织生长形貌的影响.结果表明:横向约束的存在限制了枝晶和共析组织的正常生长,横向约束上方的微观组织形貌明显改变;随着横向约束长度的增加,横向约束上方的枝晶间距明显减小,共析组织的层间距越来越大;随着横向约束厚度的增加,横向约束上方新枝晶的生长速度降低,共析组织中Fe₃C相偏转增大,使得层间距变大.     

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.     

Fe-Cr-Ni-Al合金铸造过程的数值模拟及组织性能

利用Procast软件模拟计算对Fe-Cr-Ni-Al合金的温度场和冷却速率进行分析,通过实验研究各冷却速率对铸态组织、枝晶间距以及显微硬度的影响.结果表明：采用阶梯状铸件能够较好地拟合Fe-Cr-Ni-Al合金铸件的温度场分布以及冷却速率的变化情况.随着冷却速率的增加,奥氏体相占比减小,铁素体相占比增大,过冷度增加使合金组织一次枝晶间距减小,组织中存在σ相,铁素体相区与奥氏体相区显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势.     

半固态等温热处理对7075合金组织的影响

研究了半固态等温热处理过程中,7075合金由枝晶组织转变为非枝晶组织的演变机理,并对比了半固态组织和铸态组织相组成的区别.结果表明,非枝晶组织的形成经过分枝特征的消失、晶界的平直化、晶界的弧状化与晶粒的长大3个阶段.其中,分枝特征的消失是由于位于二次枝晶臂的低熔点相熔化:部分液相团聚被包裹于固相颗粒内部;部分由枝晶通道流动至晶界处;另一部分液相与枝晶网格的边界处液相汇合,包裹着小固相颗粒.7075铸态枝晶组织与半固态组织的组成相相同,都是由α-Al,η(MgZn₂)和θ(Al₂Cu)组成.     

热处理对激光选区熔化镍钛合金性能的影响

采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、维氏显微硬度计和万能力学试验机等,分析了热处理温度对激光选区熔化(SLM)成形镍钛(NiTi)形状记忆合金的物相、相变温度、显微硬度和力学性能的影响．研究表明：随着热处理温度升高,激光选区熔化成形NiTi合金的相变温度先升高(奥氏体转变峰值温度为43.84℃,马氏体转变峰值温度为37℃)后降低(奥氏体转变峰值温度为1.55℃,马氏体转变峰值温度为-27.18℃);当热处理温度为300～500℃时,NiTi合金中产生马氏体组织和Ni₄Ti₃析出相,该析出相强化了NiTi合金基体;当热处理温度为300℃时,NiTi合金的硬度(HV)、拉伸强度分别为251.7和796 MPa,与激光选区熔化成形的NiTi合金相比分别提升了27.84%和31.35%．上述结果表明采用适当的热处理可以调控NiTi合金相变温度,提升其机械性能．     

AlCoCrFeNi高熵合金的高温氧化性能

测定AlCoCrFeNi高熵合金高温氧化后的氧化动力学曲线，采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等分析合金氧化层的物相、形貌、结构和成分，利用硬度计测定不同温度下氧化产物的硬度，从热力学和动力学角度深入分析AlCoCrFeNi高熵合金的氧化机理.结果表明：AlCoCrFeNi高熵合金在800～1 000℃下具有较好的抗氧化性能，高于1 000℃时合金退化较为明显；AlCoCrFeNi高熵合金800℃氧化时Al与O元素亲和力最大，并且高熵合金中Al原子扩散速率最大，Al率先在合金表面形成连续的Al₂O₃膜，随着温度的升高，其他原子也扩散至表面发生氧化反应，合金表面出现Cr₂O₃和尖晶石等，氧化物逐渐长大，1 100℃时长大的尖晶石易从合金表面脱落；随着氧化温度的升高，AlCoCrFeNi高熵合金的显微硬度逐渐升高.     

Nb合金化Ni0.6CoFe1.4合金的强塑性协同

中熵合金具有许多优于传统合金的特殊性能受到了广泛关注。然而设计出具有高强度和可接受塑性的体心立方型中熵合金仍然是一个巨大挑战。本文拟通过在BCC基体中引入面心立方相（FCC）形成双相微观结构来解决体心立方型中熵合金的强度和塑性平衡问题。采用真空感应熔炼法制备了Ni_0.6CoFe_1.4Nb_x（x = 0、0.05、0.08、0.10和0.15）中熵合金,并研究了Nb元素对Ni_0.6CoFe_1.4合金的晶体结构、微观组织和室温力学性能的影响。微观结构表明,该合金由BCC和FCC双相组成,微观形貌为网状结构,其中BCC相是该合金体系中的主要相。随着Nb含量的增加,合金的强度先减小后增大,塑性先增大后减小。此外,Ni_0.6CoFe_1.4Nb_x合金的断裂机制由韧性断裂向脆性断裂转变。Ni_0.6CoFe_1.4Nb_0.10 合金显示出最佳的强度和塑性组合,即相比较于Ni_0.6CoFe_1.4合金,Ni_0.6CoFe_1.4Nb_0.10合金的塑性增加了两倍（11.6%）,并展现出最高的极限拉伸强度（869.8 MPa）。合金强度提高归因于固溶强化、沉淀硬化效应和界面强化效应的协同作用。     

轧制变形对Mg-Zn-Y合金组织影响研究

轧制是板材塑性加工的重要方法之一,研究了不同轧制工艺参数对Mg_98.5Zn_0.5Y₁合金组织性能的影响,通过改变轧制道次和温度分析了Mg_98.5Zn_0.5Y₁合金的微观组织。研究结果表明:在200℃、300℃和400℃时,Mg_98.5Zn_0.5Y₁合金主要通过孪生来进行协调变形,同一轧制道次,随着轧制温度的升高,原子的激活能变大,振动变剧烈,越易激活孪晶,孪生越容易发生,长周期有序堆垛组织偏转方向越趋近于轧制方向;当温度不变时,随着轧制道次的增加,切应力逐渐增大,Mg_98.5Zn_0.5Y₁合金变形程度越大,孪晶也越多,但在缺陷处变形应力大,位错缠结,容易产生裂纹,致使Mg_98.5Zn_0.5Y₁合金在200℃和300℃轧制四道次发生了失效,400℃时,温度较高,变...     

激光功率对激光选区烧结制备多孔Si3N4陶瓷性能的影响

针对现有激光选区烧结技术多使用高分子黏结剂,存在素坯易坍塌、烧结时间长等问题,提出使用无机黏结剂,为改善陶瓷坯体烧结质量提供新方法．以Si₃N₄聚空心微球为原材料,纳米Al N为无机黏结剂,Al₂O₃和Y₂O₃为烧结助剂,采用激光选区烧结技术直接成形多孔Si₃N₄陶瓷,并分析了激光功率对多孔Si₃N₄陶瓷微观结构及力学性能的影响．结果表明：随着激光功率的增加,陶瓷素坯中Si₃N₄聚空心微球表面的“绒毛”结构减少;在高温烧结过程中,纳米Al N促进了共晶液相的产生,断裂方式从沿球断裂转变为穿球断裂;Si₃N₄聚空心球陶瓷的相对密度与抗弯强度随着激光功率的增大呈现先升高再降低的趋势;当激光功率为8 W时,1 800℃烧结后的多孔Si₃N₄陶瓷获...     

微观组织参数及工艺条件对430不锈钢凝固显微结构的影响

在多元合金CAFE模型的基础上,分析了微观组织参数(形核密度、高斯分解参数、Gibbs-Thomson系数等)与430不锈钢凝固过程中晶粒形貌的复杂关系,以及过热度与冷却强度等工艺参数对凝固组织的影响.研究发现,晶粒尺寸和柱状晶向等轴晶转变不仅与体最大形核过冷度有关,也受体形核密度的影响.高斯分解参数和Gibbs-Thomson系数增大时,一次枝晶间距减小,等轴晶范围增大;但当它们增加至一定范围后,其对显微结构的影响逐渐变得不明显.过热度或冷却强度增大时,等轴晶范围减小,但一次枝晶间距的变化不明显.     

CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金相构成、微观结构及压缩性能

随着工业技术的发展,对高温金属材料的需求日益增长。2010年高温高熵合金的提出,为新型高温合金的设计开发提供了新思路,逐渐成为近年来的研究热点。本文基于广泛研究的HfNbTaTiZr高熵合金,通过元素置换设计了CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金,对真空电弧炉熔炼条件获得的铸态试样的相构成、微观结构以及压缩性能进行了系统研究。研究结果表明CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金均由BCC和Laves相构成;CrHfNbTaTi的屈服强度从HfNbTaTiZr的926 MPa提升至1258 MPa,并且保留优异的塑性（约15.0%的压缩应变）。本文通过表征与分析CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金因元素置换而产生的形貌和成分分布的演变,表明类网状的枝晶间形貌有利于难熔高熵合金压缩性能的提升,而由Mo元素参与形成的枝晶被枝晶间壳层松散包裹结构则降低了CrHfMoTaTi难熔高熵合金的屈服强度并增加了它的脆性。     

Mg，Ca元素对可降解Zn合金组织性能影响

采用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学显微镜、室温拉伸和浸泡失重法研究了挤压态纯Zn和Zn-0.2Mg-xCa(x=0,0.06,0.15,0.3)(质量分数)合金微观组织、力学性能和体外降解速率.结果表明:200℃挤压后,纯Zn晶粒尺寸达到100μm;Zn-0.2Mg-xCa合金中晶粒尺寸均维持在15~20μm之间,并存在第二相Mg₂Zn₁₁和CaZn₁₃.随着Ca含量增加,CaZn₁₃含量逐渐增加,且当Ca质量分数达到0.15%以上时CaZn₁₃尺寸达到15~50μm.纯Zn的屈服强度和延伸率分别为64MPa和14%,Zn-0.2Mg-xCa合金随着Ca含量增加屈服强度由180MPa提高到约200MPa,延伸率则逐渐由18%降低到6%.纯Zn和Zn-0.2Mg-xCa合金在SBF溶液中降解速率维持在0.05~0.15mm·a^-1,而且随Ca的添加降解速率略有降低.     

Cu对AlFeCrCoTiCu_x多组元高熵合金组织及其力学性能的影响

利用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCrCoTiCu_x(x=0.5,0.75,1)高熵合金,并通过XRD、SEM、EDS、DSC、显微硬度计和压缩试验对合金的微观组织和力学性能进行测试。结果表明:合金呈树枝晶结构,枝晶是FCC1相和BCC相组成的混合组织;晶间则由FCC2相和析出相组成。随着Cu元素的增加,晶间FCC2相和析出相逐渐增多。热分析表明,组合金的熔点为1 380℃左右,在1 050℃左右析出晶间富Cu(FCC2)相。当铜摩尔比为0.5时,合金的硬度可达804 HV,抗压强度可达1 935 MPa,但随着Cu含量的增加而降低。     

冷却条件对非晶合金连续激光焊接接头的影响

使用连续激光对2 mm厚的锆基非晶合金板材进行焊接,在相同的焊接功率、焊接速度下使用不同的冷却条件制备焊接件试样,对试样焊接接头的微观组织和力学性能进行探究。研究结果表明,随着冷却夹具温度的降低,焊接接头热影响区范围逐步减小;冷却夹具温度为10℃时,焊接接头力学性能最佳;冷却夹具温度为-30℃时,焊接接头的晶化率最低。通过显微硬度检测发现,各试样的显微硬度差距不大,热影响区的平均硬度为525 HV_0.2,母材平均硬度为470 HV_0.2,熔化区的平均硬度为490 HV_0.2。     

选区激光熔化制备Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的工艺参数及组织性能

为了验证采用选区激光熔化(SLM)技术制备高熵合金的可行性,使用原始混合粉末进行了Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的SLM制备。通过对相对密度进行表征,探讨了激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数对成型质量的影响,并采用扫描电镜及X射线衍射仪等进行了显微组织、相组成分析,通过硬度和拉伸试验对材料的力学性能进行了表征。结果表明:激光功率、扫描速度、扫描间距三者间的交互作用对材料的相对密度有很大的影响,材料相对密度随着能量密度的增加而增加。SLM制备的高熵合金试样的相对密度最高可达99.92%,组织细小均匀,由简单的面心立方结构和体心立方结构两相构成,屈服强度达到540 MPa,拉伸强度达到878 MPa,延伸率为18%,综合性能优于传统熔炼高熵合金,表明采用SLM技术制备高熵合金是可行的。