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。     

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。     

AlCoCrFeNi高熵合金铸态与退火态的耐蚀性研究

采用真空电弧熔炼法熔炼出AlCoCrFeNi高熵合金,并在600℃、800℃、1000℃下进行了真空退火处理。利用XRD、SEM、EDS和电化学腐蚀试验对合金退火前后的微观组织以及在3.5%的NaCl溶液、0.5mol/L的NaOH溶液、0.5mol/L的H2SO4溶液中的耐蚀性进行了研究。组织分析表明合金在铸态和三种温度的退火态下均没有复杂结构的脆性金属间化合物生成;在铸态和600℃、800℃退火处理后合金均由简单的BCC结构构成,成树枝晶形态;在1000℃退火处理后,树枝晶消失,微观组织转变为短棒状的FCC析出相和BCC基体交替排列;在铸态及三种温度的退火态下,Co、Fe、Ni分布较均匀,Cr、Al存在一定的偏析,Al在铸态偏析最严重,Cr在800℃退火态偏析最严重。电化学腐蚀试验结果表明铸态和三种温度退火态的AlCoCrFeNi 合金在 3.5%的 NaCl 溶液和0.5mol/L 的 NaOH 溶液中的耐蚀性优良;在 3.5%的 NaCl 溶液中1000℃退火态的耐蚀性最好;在0.5mol/L 的 NaOH 溶液中,4种状态的合金耐蚀性相差不大;在 0.5mol/L H2SO4 溶液中,4种状态的合金都发生了钝化现象,1000℃退火态维钝电流密度最小,破钝电位最高,耐蚀性最好。     

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。     

退火温度对CoCrFeNiAl高熵合金组织与性能的影响

用传统铸造法制备了CoCrFeNiAl高熵合金,研究了不同退火温度对合金组织及性能的影响。结果表明,铸态的CoCrFeNiAl高熵合金为面心立方晶体结构(FCC)和体心立方晶体结构(BCC)的混合结构;随退火温度的升高,合金的晶体结构转变为FCC+BCC+Ordered BCC的混合结构;当合金温度达到800℃时,在枝晶之间开始析出AlNi_3、CrFe金属间化合物,合金的晶体结构转变为FCC+BCC+Ordered BCC+AlNi_3+CrFe的混合结构。CoCrFeNiAl高熵合金具有较高的硬度,并随着退火温度的升高,合金的硬度逐渐增大,硬度最高为463 HV0.2。CoCrFeNiAl高熵合金具有较好的室温压缩性能,铸态合金的压缩断裂强度、压缩率分别可达2275 MPa、18.8%。随着退火温度的升高,塑性逐渐降低,但强度逐渐增加,经600℃退火后,具有最佳的室温压缩性能,压缩断裂强度、压缩率分别为2631 MPa、12.5%。     

AlCrMoTiNi(Zr)高熵合金的组织与性能

采用粉末冶金工艺制备了AlCrMoTiNi和AlCrMoTiZr两种合金,采用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分析。结果表明,AlCrMoTiNi合金由FCC和BCC固溶体组成,而AlCrMoTiZr合金由BCC相和金属间化合物组成,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。AlCrMoTiNi和AlCrMoTiZr铸态合金的硬度(HV)分别为447和623,退火后最高硬度(HV)分别达到615和656。     

热处理温度对AlxCoCrFeNi系高熵合金组织和硬度的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪及硬度计分析了Al_xCoCrFeNi系(x=0. 25、0. 55、0. 75及1. 25)高熵合金在不同温度(800、1 000及1 200℃)退火后的组织及硬度演变规律。结果表明:随着Al元素含量的增加,Al_xCoCrFeNi高熵合金的显微组织由FCC单相逐渐转变为FCC+BCC双相和BCC单相,其硬度也逐渐升高; Al_(0. 25)CoCrFeNi合金的组织热稳定性较好; 800和1 000℃退火对Al_(0. 55)CoCrFeNi和Al_(0. 75)CoCrFeNi合金的组织影响较小,硬度也未发生明显变化; 1 200℃退火后,合金组织粗化,硬度下降;退火温度对BCC结构的Al_(1. 25)CoCrFeNi高熵合金的组织和性能有重要影响,800℃退火时有σ相生成; 1 000℃退火,σ相含量减少,1 200℃退火,σ相再次形成,因此对应的合金硬度先升高后降低再升高。     

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。     

AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金的组织控制和腐蚀性能

研究冷坩埚悬浮熔炼AlCoCrFeNiTi0.5多组元高熵合金的微观组织及回火工艺对合金组织、硬度和电化学性能的影响规律。结果发现,冷坩埚悬浮熔炼AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金铸锭中晶粒呈树枝晶长大并析出少量ω相。随回火温度的升高,晶粒长大,共晶组织增多,BCC相强度呈先下降后升高趋势。800℃时,合金树枝晶晶粒变得细小,之后随着温度的升高,枝晶间的元素偏析减弱。合金具有较强的抗回火软化能力。在3.5%NaCl溶液中,孔蚀主要集中在树枝晶与共晶组织α相的交接处,回火后合金的耐蚀性均优于铸态合金,700℃回火后合金的耐腐蚀性能比铸态及其它合金更强。     

AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金的组织控制和腐蚀性能

研究冷坩埚悬浮熔炼AlCoCrFeNiTi0.5多组元高熵合金的微观组织及回火工艺对合金组织、硬度和电化学性能的影响规律。结果发现,冷坩埚悬浮熔炼AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金铸锭中晶粒呈树枝晶长大并析出少量ω相。随回火温度的升高,晶粒长大,共晶组织增多,BCC相强度呈先下降后升高趋势。800 ℃时,合金树枝晶晶粒变得细小,之后随着温度的升高,枝晶间的元素偏析减弱。合金具有较强的抗回火软化能力。在3.5%NaCl溶液中,孔蚀主要集中在树枝晶与共晶组织α相的交接处,回火后合金的耐蚀性均优于铸态合金,700 ℃回火后合金的耐腐蚀性能比铸态及其它合金更强。     

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。     

FeCoNiCrCu0.5Alx高熵合金的结构和性能（英文）

研究Al含量和热处理对FeCoNiCrCu0.5Alx多主元高熵合金的相结构、硬度和电化学性能的影响规律。随着Al含量的增加,铸态合金的相结构由FCC相向BCC相转变。当x从0.5增加到1.5时,FeCoNiCrCu0.5Alx高熵合金的稳定结构由FCC结构向FCC+BCC双相结构转变。BCC相的硬度高于FCC相的,在氯离子及酸性介质中BCC相的耐腐蚀性均优于FCC相的。FeCoNiCrCu0.5Al1.0铸态合金具有高硬度和良好的抗腐蚀性能。     

Al_(0.3)CrFe_(1.5)MnNi_(0.5)Ti_(0.2)(Si_(0.2))高熵合金的时效硬化行为

采用非自耗真空电弧熔炼炉制备了Al_(0.3)CrFe_(1.5)MnNi_(0.5)(A_0)、Al_(0.3)CrFe_(1.5)MnNi_(0.5)Ti_(0.2)(A1)和Al_(0.3)CrFe_(1.5)MnNi_(0.5)Si_(0.2)(A_2)等3种高熵合金,然后在700~1 000℃时效处理12h后进行了物相分析、微观组织表征和硬度测试。结果表明,3种合金的铸态组织主要由BCC相组成,时效组织主要由富Cr、Mn、Fe的BCC相、Cr_5Fe_6Mn_8(ρ相)析出相和球形Ni-Al析出相组成。由于Ni-Al相和ρ相析出,使得A_0、A_1和A_2合金的时效硬度(HV)分别达到899、943和955,与A_0合金铸态时硬度相比分别提高了142%、154%和157%。1 000℃时效处理后,A_1和A_2合金的硬度(HV)仍高达800以上,表现出良好的时效硬化特性。     

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。     

热处理对高压扭转FeNi_2CoMo_(0.2)V_(0.5)高熵合金微观组织演变及力学性能的影响

利用高压扭转工艺(HPT)对铸态FeNi_2CoMo_(0.2)V_(0.5)高熵合金进行剧烈塑性变形处理,随后对其分别在400、600、700及800℃进行1 h的等温退火热处理,测试各样品的硬度变化情况,进一步利用扫描电镜和透射电子显微镜观察其组织演变。结果发现:FeNi_2CoMo_(0.2)V_(0.5)高熵合金经过HPT变形(5 GPa,6圈)后,没有发生相变,仍然是单一相的FCC结构,并获得平均晶粒尺寸约为50 nm的纳米晶组织;根据其硬度随退火温度的变化规律,可知其再结晶温度为600℃;通过晶粒微观组织分析可知,低于600℃退火时,晶粒内部主要发生回复过程,无明显长大的现象;600℃以上退火时,随退火温度的提高,晶粒剧烈长大;与其他高熵合金相比,HPT变形态FeNi_2CoMo_(0.2)V_(0.5)高熵合金表现出更高的再结晶温度,具有更好的热稳定性。     

轧制及退火后Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的组织和力学性能

利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜以及拉伸实验,研究了FCC结构Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金经90%压下量轧制及退火后的组织和力学性能。结果表明:经轧制及退火(600~1000℃)后,合金发生再结晶,富集Al、Ni原子的有序BCC相优先形成于再结晶FCC相的晶界处,且其体积分数随着退火温度上升先增大后减小。轧制显著强化该合金,随后600℃退火可实现不牺牲均匀塑性而进一步强化该合金的目的,升高退火温度则引起该合金强度下降,塑性增大。经800℃退火后合金表现出较为理想的强度-塑性匹配,其均匀伸长率为34.1%,且抗拉强度可高达935MPa,约是铸态合金(303MPa)的3倍,这主要归结于再结晶组织细化及有序BCC相的析出强化。     

退火处理对AlCoCrFeNi高熵合金组织结构及性能的影响

运用X射线衍射仪、扫描电镜和室温压缩实验等测试手段,研究了退火处理对Al Co Cr Fe Ni高熵合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:Al Co Cr Fe Ni合金在700℃和800℃退火时,合金晶体结构为BCC相和少量金属间化合物,900℃时合金析出一种棒状的FCC相和枝晶内调幅分解相,在晶界上生成长链状的FCC相。退火处理后其室温压缩强度较铸态时有所提高;塑性700℃和800℃有所下降,而900℃则有所提高,最高达11.4%。     

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。     

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.     

低Nb含量的CoCrFeNiNbx合金退火后的组织演变和性能

在FCC型CoCrFeNi合金中添加少量Nb可起到固溶强化和第二相强化效果,但目前对Nb在FCC相中的溶解度及其对合金组织和性能的影响还不够了解。为此,本文基于热力学计算相图,实验研究了含1%～5%Nb(摩尔分数)的铸态CoCrFeNiNb_x合金在800～1200℃真空退火前后的显微组织和显微硬度。结果表明：即使添加1%Nb,铸态CoCrFeNiNb_x合金中仍存在约3%的FCC+C14共晶组织。后凝固的FCC相中Nb含量可高达2.4%～3.1%,在800℃退火后可析出针状纳米级Mg₃Cd型τ相,使合金硬度提高约30HV。经1000℃或1200℃退火后,FCC相的成分均匀,Nb含量分别为1.6%和3.1%,与热力学计算结果一致。退火后,共晶组织中的C14 Laves相球化长大,层片组织消失,合金硬度降低。因此,添加少于3.1%Nb后再进行固溶及时效处理以析出τ相是提高FCC型CoCrFeNi合金强度的有效途径。