Age Hardening of AlCrMoNiTi High Entropy Alloy Prepared by Powder Metallurgy

采用粉末冶金工艺制备了AlCrMoNiTi高熵合金,并对其铸态和退火态的微观组织和硬度进行了研究。结果表明,铸态合金由富(Cr,Mo)bcc固溶体枝晶相和富(Al,Ni,Ti)fcc固溶体枝晶间相组成。时效合金在900℃高温可获得最高硬度HV约为6150 MPa,在1000℃发生退火软化现象,但是其硬度HV仍保持在5160 MPa的高硬度水平。这表明,AlCrMoNiTi高熵合金具有优异的高温时效硬化特性。该合金在800℃时的时效硬化特性主要归因于细晶强化,在900℃时则归因于第二相(bcc2)的析出硬化。在1000℃时发生退火软化现象,其原因在于第二相的分解和晶粒粗化。     

退火工艺对AlCuCrFeNi高熵合金微观组织与硬度的影响

用真空电弧熔炼法制备了AlCuCrFeNi多主元高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度仪等研究了AlCuCrFeNi铸态以及采用不同退火工艺后的微观组织和硬度。结果表明:AlCuCrFeNi合金在铸态下是由枝晶内富Cr、Fe元素的BCC固溶相、枝晶间富Al、Ni的B2相以及枝晶间富Cu的FCC固溶相组成,并伴有少量的金属间化合物AlFe_(0.23)Ni_(0.77),铸造硬度值约为(465±10) HV。随着退火温度升高,Cu元素发生扩散,FCC相变得粗大,合金的硬度值降低到400 HV左右,与铸态硬度相差不大,说明合金具有较高的热稳定性以及较好的高温使用性能。     

退火对CrCuFeMnTi高熵合金组织结构和力学性能的影响

为了研究退火处理对CrCuFeMnTi高熵合金组织结构和力学性能的影响,通过真空电弧熔炼法在氩气保护下制备了铸态合金,在不同温度下对合金进行退火处理,观察其组织结构并进行力学性能测试。结果表明:铸态CrCuFeMnTi高熵合金由1个密排六方和1个面心立方结构固溶体构成,形成由枝晶相和枝晶间相组成的典型枝晶组织形貌;合金在750℃以下退火时,主要以元素的扩散和组织的均匀化为主,经过900℃等温退火处理后,合金中密排六方结构的固溶体逐渐转变成体心立方结构固溶体,该相变过程是由元素扩散引起及控制的;经过750℃以下的退火处理后,合金的硬度和断裂强度均有所提高,但断裂行为均表现出脆性特征。     

退火对AlCoCrFeMnTi高熵合金相组成与显微形貌的影响

为了研究退火温度对AlCoCrFeMnTi高熵合金的物相结构、显微组织及硬度的影响,分别采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对不同退火温度下AlCoCrFeMnTi合金进行了测试。结果表明:铸态AlCoCrFeMnTi高熵合金物相结构是由bcc主相和fcc相双相组成,且其各相衍射峰普遍较宽,这是由于原子半径差较大和冷却速度快引起的晶格畸变所致。600 ℃退火后,合金中形成了新的hcp相,当退火温度为800 ℃和1000 ℃时,合金衍射峰的峰形并未再发生显著变化。铸态和退火后的AlCoCrFeMnTi合金均为典型的树枝晶结构,1000 ℃退火后的扫描电镜照片中发现了典型的调幅分解组织。合金硬度值在铸态最大,达到了750 HV0.5,随着退火温度升高硬度逐步降低。在经过1000 ℃退火后,一方面由于合金中出现调幅分解组织,使得过饱和的原子大量析出,降低了晶格畸变程度,导致硬度下降;另一方面,由于退火温度的升高,加速了原子的扩散能力,降低了合金内部的内应力,此时合金硬度下降到604.9 HV0.5。     

时效温度对非平衡凝固K424合金析出相及硬度的影响

采用铜模喷铸与等温时效相结合的方法,研究了快冷K424高温合金的非平衡凝固组织及其沉淀相析出行为。结果表明,铜模喷铸合金组织发生了显著细化,二次枝晶间距相比铸态大幅降低,溶质偏析的减弱有利于抑制粗大碳化物及共晶组织形成。随铜模内径下降,枝晶形貌由无方向性等轴晶逐渐转变为择优生长的定向枝晶。经800~1000℃等温时效30min后,快冷合金的过饱和固溶体组织中开始析出γ′相。随时效温度提高,沉淀相尺寸及体积分数同时增加。900℃×30min时效后可获得大量细小均匀的球形γ′相,快冷合金的显微硬度(HV)高达478,相比原始非平衡态合金提高了13%。     

时效对激光熔覆FeCoCrNiB0.5高熵合金激光涂层组织和硬度的影响

采用激光熔覆方法在Q235钢上制备FeCoCrNiB_0.5高熵合金涂层,利用XRD、SEM以及显微维氏硬度计等,研究时效温度对涂层的显微组织、相结构及硬度的影响。结果表明,涂层由FCC结构固溶体和M₂B两相构成,并且相结构具有很好的高温稳定性。涂层经过800 ℃和900 ℃时效后,枝晶内有大量的颗粒状M₂B相脱溶物析出;而1000 ℃时效后,枝晶间的M₂B相显著粗化,涂层中树枝晶组织消失。FeCoCrNiB_0.5高熵合金涂层的硬度为447 HV0.2,且涂层硬度随时效温度升高而逐渐降低。     

激光熔覆FeCoNiCrAl_2Si高熵合金涂层

研究了激光熔覆后经600—1000℃退火处理的FeCoNiCrAl_2Si高熵合金涂层的组织和性能.结果表明,激光熔覆过程中的快速凝固条件有利于抑制涂层中金属间化合物的析出,涂层具有bcc结构,为有序固溶体,具有较高的硬度(900 HVo 5),相结构和硬度的高温稳定性好;涂层组织为树枝晶,Fe,Cr和Si在枝晶间富集,而Ni,Co和Al在枝晶中富集.随退火温度升高,Al和Si的偏析程度加剧,而其余元素的偏析变化不明显.EBSD研究显示熔覆态涂层的枝晶和枝晶间界面分布有大量小角度晶界,经600℃退火5 h后小角度晶界转变为大角度晶界,晶粒被细化.     

AlCrFeNiTi高熵合金热稳定性的研究

为了探讨AlCrFeNiTi高熵合金的热稳定性,采用氩气保护下真空电弧熔炼法制备铸态合金,在不同加热温度和保温时间下对合金进行热处理并测定其硬度变化曲线,研究合金的硬度与显微组织之间的关系;最后利用反向传播人工神经网络建立合金的加热温度时间-硬度关系网络,实现对合金硬度的预测。结果表明:铸态AlCrFeNiTi高熵合金由两个简单体心立方结构固溶体组成,显微组织是由枝晶、枝晶间和(α+β)共晶组织组成的典型高熵合金枝晶组织;合金经过400~900℃的加热和0.5~10h的保温处理后空冷,合金能在一定程度上保持原始铸态下的组织和枝晶相含量,硬度(HV)依旧保持在4000MPa以上,表现出良好的热稳定性;建立的AlCrFeNiTi高熵合金加热温度时间-硬度神经网络有着良好的精度和适用性,对工业应用具有指导作用。     

退火对AlCuFeNiTiCrx高熵合金硬度的影响

采用铜模吸铸法制备AlCuFeNiTiCr_x(x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金,并在1000℃下进行3 h退火处理。通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜、维氏硬度计,分别测试了铸态和退火态AlCuFeNiTiCr_x(x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金的微观结构演变及维氏硬度值。发现铸态和退火态试样仅由简单的体心立方(BCC)和面心立方(FCC)固溶体相组成,而退火态试样中的FCC相与铸态试样中的FCC相相比有所增加。根据金相显微照片,两种状态下的高熵合金仅存在枝晶和晶间相,且退火后的显微组织变得更加均匀。两种状态下高熵合金的硬度均随Cr含量的增加而增加,且退火态试样的硬度值远大于铸态试样。     

退火对激光熔覆CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂层组织与电化学性能的影响

采用激光熔覆在45钢基体上制备了CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂层,研究了不同退火温度(700、900、1100℃)对涂层组织及性能的影响。结果表明,涂层激光熔覆态相组成主要为fcc相+少量bcc相,显微组织主要为枝晶组织;退火后,相组成转变为fcc+bcc+M_xB的混合相结构;700℃退火后,枝晶略有粗化,更高温度退火使枝晶断开,枝晶组织逐渐消失;1100℃退火后出现明显的颗粒化、球化相组织;激光熔覆涂层显微硬度较高,最高达到603 HV;700、900℃退火后,由于第二相析出强化,涂层显微硬度略有提高,但1100℃退火后涂层显微硬度下降;CoCrFeNiB_(0.5)涂层具有较高的腐蚀电位与较低的腐蚀电流密度,耐腐蚀性能明显优于45钢;1100℃退火后,3.5%NaCl溶液中腐蚀电流密度比45钢基体低3个数量级,具有较好的耐腐蚀性能。     

粉末冶金制备AlCrMnMoNiZr(B0.1)合金的组织与性能

采用粉末冶金工艺制备了AlCrMnMoNiZr、AlCrMnMoNiZrB0.1高熵合金,用X射线衍射仪、扫描电镜和数显硬度计对铸态和退火态合金的组织与硬度进行了表征.结果表明,两种高熵合金的组织均为富(Cr,Mo) BCC相和金属间化合物的混合组织.两种合金经700～1 000℃退火后,其物相和组织结构并未发生明显改变,合金的硬度(HV)在铸态和高温退火态均保持在525以上,表现出较好的高温稳定性.微量元素B具有较好的固溶强化作用,使合金的铸态硬度(HV)由528增加至741.     

时效处理对Cr_xCu_1Fe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2高熵合金组织与力学性能的影响

采用非自耗真空电弧熔炼炉制备了Cr_xCu_1Fe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2(x=0、0.5、1.0、2.0,记为C1~C4合金)高熵合金,在700℃和800℃退火12h后对其微观组织和硬度进行了分析。结果表明,Cr_xCuFe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2合金在铸态主要由BCC相、FCC相和HCP相组成、经700℃退火处理后,合金物相均未发生明显改变,表现出良好的热稳定性;经800℃退火后,除C2合金外,其余合金的FCC相转变为BCC相。Cr_xCuFe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2合金经700℃和800℃退火后,其微观组织为枝晶和枝晶间组织,并随Cr含量的增加,枝晶间区域扩大。Cr_xCuFe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2合金在铸态、700℃和800℃退火态的硬度均随Cr含量的增加而提高,但是增加幅度较小。800℃退火处理后,C4合金的硬度(HV)由441增加至480,增幅仅为8.8%,表现出相对较弱的时效硬化现象。     

Al0.8CoCrFeNiTi0.2高熵合金铸态及退火态组织和性能研究

采用真空电弧熔炼法熔炼出Al0.8CoCrFeNiTi0.2高熵合金,并在600 ℃、800 ℃、1000 ℃下进行了真空退火热处理。利用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、电子探针（EPMA）、硬度计、万能试验机以及电化学工作站对合金铸态和不同温度退火态的微观组织结构、硬度、压缩机械性能和在3.5wt.%的NaCl溶液、0.5mol/L的H2SO4溶液中的耐蚀性进行了研究。组织分析表明退火处理使合金的相组成和组织形貌都发生了改变,铸态下合金由BCC和FCC两相固溶体组成, 600 ℃、800 ℃和1000 ℃退火态下合金由BCC、FCC和σ相三相组成,800 ℃退火态中σ相析出最多。随着退火过程的进行,铸态下的单相固溶体树枝晶转变为了细小层片状的两相混合组织。在800 ℃及以下温度范围,退火温度越高,混合组织越细小,成分均匀性越好。但1000℃退火态有大块状单相固溶体析出,导致元素偏析重新加剧。硬度试验和压缩试验结果表明合金在铸态和三种温度退火态下都有较高的硬度、屈服强度、断裂强度和塑性变形量,表现出了良好的综合机械性能和抗回火软化能力。800 ℃退火态的硬度、屈服强度和断裂强度最高,铸态的塑性最好。电化学腐蚀试验表明铸态和三种温度退火态下的合金在3.5% NaCl溶液和0.5mol/L H2SO4溶液中都表现出了良好的耐蚀性, 800 ℃退火态的耐蚀性最好。     

退火处理对Al3CoCrCu1/2FeMoNiTi高熵合金激光涂层组织和性能的影响

目的研究Al_3CoCrCu_(1/2)FeMoNiTi高熵合金涂层的退火时效硬化及其强化机理。方法使用激光熔覆设备,在40Cr钢上制备了Al_3CoCrCu_(1/2)FeMoNiTi高熵合金涂层,对涂层进行了退火处理。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对涂层进行了分析。结果涂覆态涂层为BCC单相结构,经300℃和500℃退火,涂层仍然为BCC单相;700℃退火后,涂层析出了NiTi金属间化合物相;900℃退火后,涂层由FCC相及NiTi金属间化合物组成。涂覆态和经300~700℃退火的涂层为胞粒状,经900℃退火后,涂层为板条状。经300℃退火,涂层硬度下降,但超过300℃退火,硬度比涂覆态的高。700℃退火合金硬度达到最大值924HV。退火温度升到900℃后,硬度比700℃退火的低。NiTi析出相促进了硬度提高,位错强化机制能较好解释该高熵合金的固溶强化现象。结论Al_3CoCrCu_(1/2)FeMoNiTi合金涂层具有明显的时效硬化效应,700℃退火可获得最佳的时效硬化效果。     

AlxCrFeNiCuVTi系高熵合金的组织和力学性能研究

采用真空电弧熔炼制备AlxCrFeNiCuVTi(摩尔比x=0,0.5,1,1.5)高熵合金.利用XRD、SEM和万能材料试验机等方法对该合金进行研究.结果表明:铸态合金由枝晶相,菊花状共晶组织以及枝晶间富Cu相共同组成;随着Al元素的增加,合金的组织结构逐渐由多种bcc相和fcc相共存逐渐变为单一的bcc相,合金硬度和抗压缩性能整体呈上升趋势;Al1CrFeNiCuVTi合金的最高抗压缩强度达到1810.4 MPa,压缩率为23％.     

Mg—Gd—Ag—Zr合金的组织与力学性能

对Mg-18.6Gd-1.9Ag-0.24Zr合金铸态、T4态和T6态的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,该合金铸态时由α-Mg与分布在晶界的Mg5Gd相组成;T4态时由过饱和α-Mg固溶体和H2Gd相组成;峰值时效态的析出相为β相.该合金具有明显的时效强化效果,在200、225、250℃温度下的时效处理结果发现,随着时效温度的升高,合金的峰值时效硬度下降,到达峰值硬度的时间大为缩短.其中200℃下的峰值时效硬度(HV)最高,达到了134.合金经过200℃的峰值时效处理后具有最高的室温力学性能,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为291.0 MPa、383.5 MPa和1.17%.     

CrMoNbV高熵合金微观组织与力学性能

利用真空电弧炉熔炼制备了CrMoNbV高熵合金。通过XRD、SEM、EDS分析和显微硬度以及压缩试验,研究了合金的相结构、微观组织和力学性能。结果表明:CrMoNbV合金为单一的BCC固溶体结构,合金铸态组织为典型的树枝晶。Mo主要分布于枝晶内,Cr则分布于枝晶间,Nb,V分布较均匀。CrMoNbV高熵合金的硬度可达681.5HV,抗压强度为1450MPa,几乎无塑性变形发生,压缩断口形貌表现为解理脆断。     

AlCoCrNiSiTi_x高熵合金微观组织结构与力学性能

通过XRD、SEM、EDS分析及显微硬度测试,研究了不同Ti含量的AlCoCrNiSiTix高熵合金微观组织结构与力学性能。结果表明:AlCoCrNiSiTix高熵合金主要以bcc1+bcc2两相共存,其中bcc1为AlNi固溶体,bcc2为CrSi固溶体。随着Ti元素的添加,合金中出现了少量Ni3Ti金属间化合物;合金铸态组织形态呈树枝晶状,微观组织中Al、Ni、Ti主要存在于枝晶内,Cr、Si主要偏析于枝晶间;同时合金硬度显著提高。     

砂型铸造Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金的微观组织和力学性能

通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、显微维氏硬度测试与拉伸测试研究了砂型铸造Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金的微观组织和力学性能。结果表明:铸态GW94合金主要由等轴晶琢-Mg固溶体、晶界处的共晶相Mg24(Gd,Y)_5以及少量的方块相Mg_5(Gd,Y)组成,优化后的固溶处理工艺为525℃伊6 h。固溶后的组织主要由琢-Mg过饱和固溶体、铸态残留相Mg_5(Gd,Y)以及固溶过程形成的方块相组成。GW94合金具有极高的时效硬化响应能力,250℃时效18 h后即达到峰值硬度(HV122)。室温拉伸时,峰值时效态合金的抗拉强度和屈服强度分别为300MPa和247 MPa,而伸长率仅为0.9%。250℃以内拉伸时,抗拉强度均高于300 MPa,表现出极佳的耐热性能,而且出现了抗拉强度随温度升高而升高的反常力学行为,这可能是由于茁忆相与位错相互作用所致。峰值时效态合金断裂机制由室温的穿晶断裂为主转变为高温的沿晶断裂。     

退火处理对AlCoCuFeNi0.2高熵合金组织与性能的影响

利用电弧熔炼技术制备得到AlCoCuFeNi_(0.2)高熵合金,研究了铸态与900℃退火态高熵合金的组织、力学性能、磁学性能之间的差异。研究发现,铸态及900℃退火态合金都是BCC+FCC+有序BCC共存结构,BCC相是主相,组织都是典型的树枝晶组织,都具有优良软磁性能。900℃退火后,BCC相向FCC相转变,合金塑性显著改善,强度和硬度有所下降,饱和磁化强度得到提高。