冷轧和退火对Ni40(FeCoCrAl)60高熵合金组织与性能的影响

研究了高温退火和二次退火对冷轧后Ni₄₀(FeCoCrAl)₆₀高熵合金组织和性能的影响。结果表明,铸态合金由FCC+BCC双相组成。冷轧并再结晶后,合金保持稳定的相结构,FCC相由树枝晶转变为等轴晶,BCC相位于FCC相之间和FCC相之内。铸态合金的屈服强度和抗拉强度分别为450 MPa和870 MPa,伸长率为40%。室温冷轧后合金强度显著升高,屈服强度和抗拉强度分别是铸态合金的2.9倍和1.7倍,伸长率降至4%。再结晶退火使屈服强度和抗拉强度分别降为590 MPa和820 MPa,伸长率为12%。     

Alx(TiVCrNb)100-x轻质高熵合金显微组织及力学性能

采用真空感应熔炼制备Al_x(TiVCrNb)_100-x(x=0～25,%,摩尔分数)轻质高熵合金,利用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计和电子万能试验机等研究Al含量对高熵合金微结构及力学性能的影响。结果表明：Al_x(TiVCrNb)_100-x合金由BCC基体相及析出相组成。当x≤5时,Al元素掺杂能够抑制高熵合金基体中析出相的产生;当53)。固溶强化与第二相强化提高了合金的强度,但沉淀相在晶界的富集降低了高熵合金的塑性。     

共晶高熵合金研究进展

高熵合金(HEAs)打破了传统合金的设计理念,是以多种主要元素组成的一类新型合金,但大部分高熵合金通常流动性和可铸造性较差,成分不均匀,不利于高熵合金的规模化应用。共晶高熵合金(EHEAs)可同时具有高熵合金和共晶合金的特性,减少铸造缺陷,改善了铸造性能,设计和制备共晶高熵合金具有重要的意义。概述了国内外共晶高熵合金的研究进展,介绍了合金的相组成和性能,共晶形貌的生长特征及生长机理,概括了共晶高熵合金的相形成规律和共晶成分的设计方法,最后展望了未来共晶高熵合金的主要研究方向。     

NiAl(Ti)-Cr(Mo)共晶合金的微观组织和力学性能

Ni-32Al-28Cr-3Mo-4Ti(原子分数,％)共晶合金组织由β-NiAl和α-Cr(Mo)共晶组成,并含有少量初生β-NiAl相和Ni_2AlTi相．合金压缩屈服强度超过稀土Dy合金化的NiAl-Cr(Mo)合金,与NiAl-28Cr-5Mo-1Hf合金相当,表明Ti合金化有利于提高NiAl-Cr(Mo)共晶合金的强度．合金在1000℃下的蠕变断裂寿命和最小蠕变速率均与施加载荷之间呈线性的双对数关系,蠕变断裂寿命与最小蠕变速率之间满足Monkman-Grant关系修正式：t_f·((?)min)~(0.71)=0．51．合金的室温断裂方式为共晶相的解理断裂以及NiAl与Cr(Mo)相界面的剥离,高温蠕变断裂由共晶胞界处微空洞形成和聚集所导致．     

AlCr1.3TiNi2共晶高熵合金的高温摩擦学性能及磨损机理

采用电磁悬浮熔炼+直接铸造的方法制备了千克级的AlCr_1.3TiNi₂共晶高熵合金,借助TEM、APT等表征手段分析了该合金的微观组织与成分分布,使用HT-1000摩擦试验机对比研究了该合金与GH4169镍基高温合金的高温摩擦学性能。结果表明：该共晶高熵合金具有超细的层片状共晶组织(层片间距约350 nm),其共晶两相为晶格错配度只有约2%的bcc相与L2₁相,L2₁相中还存在大量的纳米析出相;≤600℃时,共晶高熵合金的磨损机理以磨粒磨损为主,其磨损率均低于GH4169合金;800℃时,共晶高熵合金的磨痕表面塑性变形加剧,其摩擦系数明显高于GH4169合金,但2者的磨损率相差不大。GH4169合金高温耐磨性的提高得益于其磨损表面氧化物膜的形成,而共晶高熵合金出色的耐磨性主要与其良好的高温组织稳定性及力学性能有关。     

AlxCrFeNiMn高熵合金的组织和性能

采用水冷铜坩埚悬浮熔炼与铜模吸铸相结合的方法制备了直径为3mm的Al_xCrFeNiMn(x=0、0.25、0.5、0.75)系高熵合金,通过X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、室温压缩试验、硬度测试等探索了不同铝含量、热处理温度和时间对AlxCrFeNiMn系高熵合金微观组织及力学性能的影响。结果表明,铸态Al_xCrFeNiMn(x=0、0.25、0.5、0.75)系合金的塑性变形基本相近,保持在34%左右,且铸态Al_(0.75)CrFeNiMn高熵合金的显微硬度、规定塑性延伸强度与抗压强度分别为524.15HV0.3、765.86MPa与3236.69MPa;不同温度和时间的热处理结果表明:Al_(0.5)CrFeNiMn具有更为细小且分布均匀的等轴晶,获得硬度最大值729.37HV0.3,并保持较大的塑性变形(30.33%),具有优良的力学性能。     

FeCrMnAlCux高熵合金的组织与性能

采用真空电弧熔炼炉制备FeCrMnAlCu_x(x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金,采用XRD、SEM、TEM、显微硬度仪、电子万能试验机和摩擦磨损实验机检测分析了Cu含量的变化对合金相结构、显微组织、压缩性能、硬度、耐磨性的影响。结果表明：FeCrMnAlCu_x高熵合金为典型的树枝晶组织,由BCC结构的枝晶组织、FCC结构的枝晶间组织及枝晶内析出的具有BCC结构的纳米级析出物构成。随着Cu含量的增加,合金微观组织中的枝晶组织含量减小,枝晶间组织含量增大;BCC结构的枝晶组织中弥散析出的第二相颗粒对合金的强度和硬度有着重要的影响,抗压强度和屈服强度在x=1.0时达到最大(分别为1230.2 MPa和960.5 MPa),合金的压缩变形率在x=2.0时达到最大值20.68%;随着Cu含量的增加,合金的硬度先增加后减少,合金硬度在x=0.5时达到最大值421.4HV,此时合金的摩擦性能最好,其磨损率为2.25×10^-5 mm³/(N·mm)。     

再结晶温度对Cr20Mn10Fe30Co30Ni10高熵合金组织及性能的影响

将Cr₂₀Mn₁₀Fe₃₀Co₃₀Ni₁₀高熵合金均匀化、室温冷轧后,研究再结晶温度对其组织和性能的影响。结果表明：轧制态的合金相结构为FCC+HCP两相结构,900℃以下回复再结晶处理后,仍保留大量HCP相,随着再结晶温度的升高,HCP相逐渐减少,部分晶粒开始发生回复再结晶,强度降低;当温度达到900℃时,已经发生完全回复再结晶,HCP相消失,生成细小多边形等轴晶粒,塑性大幅提升。采用600℃中温回复再结晶可以获得异质组织结构,从而实现Cr₂₀Mn₁₀Fe₃₀Co₃₀Ni₁₀高熵合金良好强韧性匹配。     

共晶高熵合金研究进展

共晶高熵合金是凝固过程中发生共晶转变的多组元合金,具有优异的液态充型能力和机械性能,适用于生产形状复杂、对力学性能要求较高且不能进行热机械处理的零件。共晶高熵合金具有4种及以上元素,且相组成和组织形貌对合金成分变化不敏感,因此具有很大的性能调控空间及工艺窗口。通过调控共晶高熵合金的相组成及组织形貌可使其叠加各种优异性能。本文从设计方法、制备工艺、组织结构、力学及理化性能等方面综述了共晶高熵合金的研究现状,并对共晶高熵合金未来的发展进行展望。     

退火处理对CoFeNiVTi高熵合金组织和性能的影响

采用真空电弧炉熔炼和铜模吸铸法制备了CoFeNiVTi高熵合金柱状试样,并对其在氩气保护条件下进行了800℃退火20 h的处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和压缩实验等研究了铸态和退火态CoFeNiVTi合金的显微组织和力学性能。结果表明：铸态合金为单相BCC固溶体结构,显微组织呈现典型的柱状晶特征,合金元素均匀分布;退火态合金由BCC基体和金属间化合物Ni₂V₃型的σ析出相构成,σ析出相具有明显的取向特征,呈粗大板条状和细小针状。与铸态合金相比,由于σ析出相的存在,退火后合金的断裂强度有所下降,但仍高达2.5 GPa,硬度则显著提高至800 HV0.2。     

铸态(Fe33Cr36Co15Ni15Ti1)96Al4高熵合金力学性能及腐蚀行为

利用经典高熵合金判据设计了一种非等摩尔比(Fe₃₃Cr₃₆Co₁₅Ni₁₅Ti₁)₉₆Al₄高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、万能力学试验机和电化学工作站对合金的晶体结构、微观组织、元素分布、力学性能(压缩和拉伸性能)及腐蚀性能进行了研究。结果表明,(Fe₃₃Cr₃₆Co₁₅Ni₁₅Ti₁)₉₆Al₄高熵合金为FCC+BCC双相结构,合金微观组织为枝晶组织,室温下合金抗压强度为743 MPa及超过50%的压缩应变,而拉伸屈服强度、抗拉强度、伸长率分别为591 MPa、984 MPa和15.8%,其断裂机制为韧性断裂。合金表现出优于304SS的耐蚀性,点蚀电位为846 mV,约是304SS的三倍。     

退火对FeCoNi2-xMnGax高熵合金微观组织、力学性能和磁性能的影响

利用非自耗真空电弧熔炼炉制备FeCoNi_2-xMnGa_x(x=0, 0.5, 0.75, 1.0, 1.25)高熵合金铸锭,然后在800℃和1000℃退火8 h,研究了退火对高熵合金微观组织、力学性能和磁性能的影响。结果表明,随着Ga含量的增加,铸态合金组织由未添加Ga时(x=0)的FCC单相过渡到FCC+BCC双相,最终在Ga含量为25at%时(即x=1.25)转变为BCC单相。经过800℃和1000℃退火后,在FCC相内产生了棒状的析出物。双相组织的FeCoNi_2-xMnGa_x合金具有较好的磁性能和压缩性能,退火后合金的力学性能和磁性能均有所提高。FeCoNi_1.25MnGa_0.75合金1000℃退火后的力学性能最优,在形变量约为20%时的抗压强度为1852.5 MPa。FeCoNi_1.0MnGa_1.0合金1000℃退火后的饱和磁化强度最大,为121.8 emu/g。     

电磁离心铸造NiAl共晶合金的显微组织和力学性能

利用电磁离心铸造(EMCC)工艺制备NiAl/Cr(Mo)共晶合金,研究了合金的显微组织和压缩性能.结果表明, 合金显微组织细小,由激冷区、共晶区和亚共晶区组成.激冷区以初生β-NiAl相为主,共晶区由β-NiAl和α-Cr(Mo)相构成,亚共晶区由初生β-NiAl和β-NiAl/α-Cr(Mo)共晶组成. EMCC NiAl共晶合金1000℃压缩行为遵从幂指数规律: ε=Aσn.合金的室温断裂方式以基体NiAl的解理断裂和NiAl/Cr(Mo)的相界面剥离为主.     

AlCrCuFeNbxNiTi高熵合金组织与性能研究

采用电弧熔炼制备了AlCrCuFeNb_xNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金,研究不同Nb含量对AlCrCuFeNb_xNiTi高熵合金显微组织和力学性能的影响。研究表明：AlCrCuFeNb_xNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金物相主要包含有序FCC的L2₁相和Laves相,还有少量的BCC(A2)和FCC相;Nb元素的添加能促进Laves相的生成且对Cu元素的偏析具有一定的抑制效果;通过相判据参数计算找到了适合AlCrCuFeNb_xNiTi高熵合金的相形成判据;添加适量的Nb元素能够改善AlCrCuFeNiTi六元高熵合金的力学性能;AlCrCuFeNb_0.5NiTi 高熵合金具有较好的综合力学性能,抗压强度达到1587.4 MPa,硬度达到568.8 HV;Nb元素含量过高时会形成过多的Laves相使合金表现出过早脆化现象。     

超细晶粉末冶金CoCrFeMnNiGd0.15高熵合金的组织性能

采用机械合金化和放电等离子烧结的方法制备出超细晶CoCrFeMnNiGd_0.15合金,研究了CoCrFeMnNiGd_0.15高熵合金的组织与性能。结果表明,其组织为多相结构,基体为FCC固溶体相,析出相为稀土氧化物(Gd₂O₃)和富Gd、Ni、Mn的四方结构相。随着烧结温度的提高,析出相的含量不断增加且尺寸不断增大,合金的压缩屈服强度不断下降而塑性则不断上升。在900℃烧结时材料具有最优的综合力学性能,其压缩屈服强度(σ_0.2)、抗压强度(σ_max)、断裂时的塑性应变(ε_p)和维氏硬度分别达到1662 MPa、2518 MPa、30.6%和458 Hv。     

(Fe0.33Co0.33Ni0.33)84-xCr8Mn8Bx高熵非晶合金薄带的结构特征及其晶化行为

基于前期的研究结果,降低Mn和Cr元素的含量,将2者的原子分数均固定在8%,设计出(Fe_0.33Co_0.33Ni^0.33)_84-xCr₈Mn₈B_x(x=10、11、13、15和18)合金(简称10B、11B、13B、15B和18B),采用真空熔融甩带法制备出该系列合金的薄带。将合金薄带在不同温度下进行退火处理,通过XRD、DSC、TEM、SEM、万能拉伸试验机、OM、Vickers硬度计等研究了合金薄带的结构特征、晶化行为和力学性能。结果表明:11B合金薄带已完全形成非晶相(am),11B~18B合金薄带加热时都有2个结晶转变放热峰,B元素的添加提高了该系列合金的非晶形成能力(GFA)和热稳定性。11B~18B合金薄带在不同温度退火,bcc相、fcc相和硼化物(M₂₃B₆)等1种或多种混合物析出,其结晶行为分别为:11B和13B,[am]→[am′+bcc]→[am″+bcc+fcc]→[bcc+fcc+M₂₃B₆]→[fcc+M₂₃B₆];15B,[am]→[am′+fcc+bcc]→[am″+bcc+fcc+M₂₃B₆]→[bcc+fcc+M₂₃B₆]→[fcc+M₂₃B₆];18B,[am]→[am′+fcc]→[am″+fcc+M₂₃B₆]→[fcc+M₂₃B₆](其中,am′和am″分别为第1次和第2次结晶残余非晶相)。     

激光堆焊Cr MnFeCoNi高熵合金组织与力学性能研究

采用激光堆焊技术在Q235钢上制备了成型良好的CrMnFeCoNi堆焊层,通过XRD,OM,SEM和EDS等分析手段研究了堆焊层的物相结构、微观组织和化学成分;通过硬度测试和拉伸测试表征了堆焊层的力学性能。结果表明,堆焊层内形成了呈树枝晶形貌的FCC单相固溶体。堆焊层内元素分布较均匀,但在枝晶内外存在细微的元素差异,Cr,Fe和Co富集在枝晶内部,Mn和Ni在树枝晶间偏析。堆焊层的硬度由表面至底部缓慢递减,约为180～200 HV0.5。堆焊层的拉伸性能有较强的温度依赖性,当温度从298 K降至77 K时,堆焊层的屈服强度和抗拉强度分别提升了60%和65%,达到了564 MPa和891 MPa,断后伸长率从26%提升到了36%。     

添加微量B元素对Al19Co20Fe20Ni41共晶高熵合金显微组织及性能的影响

同时强化合金的力学性能和磁性能是软磁材料的理想化制备策略.通过制备非等原子比的Al19Co20Fe20Ni41共晶高熵合金,研究硼元素合金化对显微组织演变、相形成、力学性能和软磁性能的影响.随着B含量的增加,(Al19Co20Fe20Ni41)100-xBx合金的显微组织从最初的层片状共晶组织(x=0)转变为离异共晶组...     

等离子熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金的组织结构

用等离子熔覆技术在Q235钢上制备了CoCrFeMnNiCx（x=0, 0.05, 0.1, 0.2,x为摩尔分数）高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的合金成分,显微组织、相结构以及显微硬度。结果表明： C0、C0.05、C0.1和C0.2合金熔覆层的显微组织均为树枝晶结构,其中,C0合金熔覆层只形成了简单的面心立方相,其晶格常数为0.359 7 nm;加入C后,合金熔覆层仍以简单面心立方为主,只是晶格常数有所增加,分别为0.360 2（C0.05）、0.360 3（C0.1）和0.361 8（C0.2） nm;同时有少量Cr7C3生成,且随着C含量的增加,Cr7C3的形态由棒条状变为多边形颗粒状。由于少量的C元素在熔覆层中既可以作为固溶元素起到间隙固溶强化效果,也可与Cr元素形成Cr7C3起到第二相弥散强化作用,所以随含C量的增加,熔覆层显微硬度呈增大的趋势,当C的摩尔比为0.2时,熔覆层硬度达到354.7 HV0.5。     

锻造对FeMnCrCoNi高熵合金组织与性能的影响

采用磁悬浮真空熔炼Fe MnCrCoNi高熵合金并进行低温锻造,研究了不同锻造温度对高熵合金显微组织、力学性能以及耐磨性的影响。结果表明:铸态Fe MnCrCoNi高熵合金主要由具有FCC结构的树枝晶相和黑色斑点相组成;铸态、室温锻造和200℃锻造的合金的显微硬度分别为158. 7,313. 6和358. 1 HV,抗拉强度分别为539. 45,695. 45和830. 84 MPa,室温锻造和200℃锻造态的硬度较铸态分别提高了97. 6%和125. 6%,抗拉强度较铸态分别提高了28. 9%和54. 0%;但其伸长率却大幅下滑,由铸态的47. 2%降低至室温锻造态的15. 2%和200℃锻造态的5. 4%;锻造后合金的耐磨性优于铸态的耐磨性,合金的耐磨性排序为:室温锻造最优、200℃锻造次之、铸态最差。