FCC结构高熵合金的成分、组织及力学性能研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文
摘 要
高熵合金因其高混合熵的作用，更倾向于形成简单固溶体结构。面心立方（FCC）
结构高熵合金因为滑移系较多，变形过程中产生大量的位错，所以具有优良的塑性，但
FCC 高熵合金屈服强度较低，且在变形过程中材料微观组织演变也有待于进一步研究。
针对 FCC 结构高熵合金的这些特点，本文根据已有的高熵合金设计规则，采用价电子
浓度 VEC、电负性Δχ、原子半径差δ及混合焓∆Hmix 等多种参量，设计出具有 FCC 结构
的等摩尔比和非等摩尔比系列高熵合金，并对其成分、组织和力学性能进行了系统研究，
其中单 FCC 结构的非等摩尔比 Ni2CoCrFeMox 合金展示了最优的综合力学性能。借助 X
射线衍射技术、SEM 扫描电子显微镜、EDS 能谱分析及 TEM 透射电子显微镜等材料测
试分析手段，并通过冷轧、室温拉伸等工艺改变材料微观结构，重点研究了
合金在 10％、30％、50％和 70％等不同变形条件下变形行为。
研究得到的主要结论有：
（1）使用价电子浓度 VEC、电负性Δχ、原子半径差δ及混合焓∆Hmix 等参数设计
了系列 FCC 结构高熵合金，其中 NiCoCrFeVMo 系列合金均为单相 FCC 结构，树枝晶
组织均一无明显偏析。塑性良好，所有成分压缩率均可达 50％以上。但强度硬度较低，
硬度只有 150HV 左右。VCrMnFeCoNi 系列合金因元素组成不同，组织变化较为剧烈，
除了 FCC 基体外还会出现第二相。其塑性也相差较大，单相的 VMnFeCoNi 塑性较高，
变形后的样品中出现大量的泰勒晶格，而同系列其他等摩尔比合金塑性极差无法加工。
不同成分间力学性能变化较大。
（2） 系列中所有的合金组织均为单相 FCC 固溶体，塑性较好，压
缩断裂应变均高于 50％。随着 Ni 含量的增加，合金的硬度和屈服强度在下降，
合金具有最大的压缩屈服强度 260Mpa 和硬度 。
系合金在 1200℃展现了较高的组织稳定性，热处理后的合金性能和组织
并没有发生明显变化。Ni2CoCrFeMox 合金系中 ，，， 和
的组织为单一的 FCC 固溶体相或 FCC 基体+Cr9Mo21Ni20 第二相。Ni2CoCrFeMox 合金系
列除了约 40％的 以外，其他 Mo0- 的压缩率都可达 50％
有良好的塑性。随着钼含量的增加，合金系的硬度和压缩屈服强度也在逐步的增加，最
高的 合金的压缩屈服强度达到 830Mpa。本合金系列具有做高强高塑性合金的潜
力。
（3） 合金展示了优异的塑性，铸态合金拉伸延伸率达 %以上，
拉伸屈服强度为 325Mpa，综合力学性能较好。拉伸断裂后的断口中密布着圆而深的韧
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FCC 结构高熵合金的成分、组织及力学性能研究
窝，晶粒被明显拉长。对合金进行轧制研究发现，随着轧制变形量的增大，合金组织结
构发生变化，晶粒沿着轧制方向被拉长至破碎细化。合金硬度逐步升高，从
提高到 ，基本与变形量呈线性比例关系。硬度的线性趋势线表达式为
YHV  523x 113（HV）。对变形后的合金显微组织进行观察发现，合金塑性变形以位
错滑移