FeMnNiCr系高熵合金及其复合材料微观组织和力学性能研究
本文采用真空感应熔炼技术制备了FeMnNiCr系高熵合金及其复合材料，并通过原位拉伸、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射、X射线衍射等手段对退火热处理、合金化后的高熵合金及其复合材料的微观组织形貌、结构、力学性能以及断裂方式进行表征分析，主要实验内容和结果如下： FexMnNi2-xCr高熵合金中，等原子比合金为FCC+BCC双相结构，以FCC为主相。增加Fe含量降低Ni含量后合金BCC相增多；强度较高的BCC相的提高使Fe1.2MnNi0.8Cr合金抗拉强度达662MPa，延伸率为24%。降低Fe含量提高Ni含量后，Fe0.5MnNi1.5Cr合金变为单相FCC结构。由于FCC的良好均匀变形能力Fe0.5MnNi1.5Cr合金延伸率高达47%。在Fe0.5MnNi1.5Cr合金中添加Nb元素后，材料内出现树枝晶，随着Nb含量的增加Fe2NbLaves相的产生提高了材料强度。在Fe1.2MnNi0.8Cr中同时添加C和V原子后，C与Cr生成C23C6，V固溶在合金中。Fe1.2MnNi0.8CrV0.21C0.21试样抗拉强度提高至989MPa，这归因于细晶强化、固溶强化以及沉淀强化的共同作用。 Ti-C系Fe1.2MnNi0.8Cr复合材料中原位生成TiC颗粒增强体。Ti-C添加量为10vol.%时材料获得最好的强塑性匹配（抗拉强度856MPa，延伸率34%）。Ti与C原子除生成TiC外，部分固溶到基体中。固溶C降低材料层错能，提高加工硬化率。对10vol.%Ti-C复合材料在不同温度下进行退火热处理后，发现800℃退火保温1h后材料抗拉强度增加到1173MPa，然而塑性却快速下降至12%。 Ti-B系Fe1.2MnNi0.8Cr基复合材料在FCC相中生成FeCrB晶须和TiB颗粒，随Ti-B体积分数的升高，复合材料的强度升高但塑性下降。5vol.%Ti-B复合材料的抗拉强度最高为924MPa，延伸率为14%，硬度为678HV。在600℃退火保温2h后，其强度进一步提高到1153MPa，延伸率仅略有下降（11%）。退火后BCC相长大并呈等轴状转变降低了材料内部的应力集中现象，推迟了裂纹萌生。 Ti-C-B系Fe1.2MnNi0.8Cr基复合材料中，TiC颗粒和FeCrB晶须同时产生，未观察到TiB颗粒。相对Fe1.2MnNi0.8Cr基体而言复合材料的强度和塑性均有所改善但其综合力学性能低于10vol.%Ti-C系复合材料。随着Ti、C含量降低，该复合材料塑性降低。在Ti-C-B体系中，Ti和C的增塑作用显著，然而Ti和B的增强作用被抑制。
复合材料;高熵合金;力学性能;退火热处理;微观组织
南京理工大学
硕士
材料学
朱和国
2021
中文
TB333
2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）