【摘 要】
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在2004年,叶均蔚等创新性地提出了五种及以上(近)等原子比组元构成的合金设计理念,称之为高熵合金。其中,面心立方(FCC)结构的CrFeCoNi系高熵合金具有优异的塑(韧)性,但强度不足。针对该问题,大量研究表明,析出强化在该系高熵合金中获得了良好的效果。例如在该合金中添加一定量的Al析出长条形态的B2相,添加一定量的Ti析出球形态的L12相,而复合添加又可进一步调控L12的特征。可见,Ti和A
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在2004年,叶均蔚等创新性地提出了五种及以上(近)等原子比组元构成的合金设计理念,称之为高熵合金。其中,面心立方(FCC)结构的CrFeCoNi系高熵合金具有优异的塑(韧)性,但强度不足。针对该问题,大量研究表明,析出强化在该系高熵合金中获得了良好的效果。例如在该合金中添加一定量的Al析出长条形态的B2相,添加一定量的Ti析出球形态的L12相,而复合添加又可进一步调控L12的特征。可见,Ti和Al元素在形成第二相的过程中具有不一样的作用。为了探究这两种元素的交互作用对析出物的作用,本文选择CrFeCoNi为基体,研究了不同Al和Ti比例对第二相特征的影响。首先研究了Al在CrFeCoNi基体中的作用。在750℃和800℃两个温度下对(CrFeCoNi)94Al6合金(简称Al6)进行了17 h、72 h、100 h和500 h的时效处理。时效后析出了粗大的棒状B2相,且与基体不共格。在750℃以上500h时效后,析出物从初始的近似方形演变成粗大的棒状。时效温度越高、时间越长,析出物的尺寸越大。750℃的B2相粗化速率常数大约是1.65′10-25m~3/s,高于许多Ni基高温合金中的γ′相,说明析出的B2相热稳定性较差。单独添加Ti后,析出的L12相易粗化,Ti含量高时还会析出脆性相。综上所述,单独添加Al或Ti时都存在一定的局限性。进一步研究了Ti对第二相的作用,将部分Al元素置换,本文选择典型的成分,即置换2at.%Al(即Ti2Al4合金)。经过750℃/500h时效后,球形的L12相直径约为48nm。而单独加Al后经750℃/500h时效析出的B2相为棒状,平均直径约为0.7mm;单独加Ti后经800℃/48h后析出的L12相直径就达到0.4mm左右。说明Ti置换Al后,促进了析出L12相,且大幅提升了热稳定性。Ti2Al4合金的粗化速率常数比Ni合金低,正是由于Ti和Al的共同作用下,导致了扩散系数低。本文研究了Ti、Al合金化对CrFeCoNi第二相特征的影响,发现单独加Al时析出粗大的棒状B2相,单独加Ti时析出球形L12相。将2at.%Ti置换Al后,析出物为纳米级均匀分布的球形L12相。且由于Ti和Al共同作用,降低了扩散速度,热稳定性比单独添加Ti时更好。为调控高熵合金第二相的析出提供了一定的参考。
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