TiZrHfNbMo系高熵合金显微组织和性能的研究

论文摘要

高熵合金自1995年提出以来,一直受到国内外的广泛关注,现已在全世界金属领域中形成了一种全新的合金。这种合金的成分设计理念突破了以一种合金元素为主的传统合金的设计模式,而且可以通过合金成分的优化设计,使高熵合金具有高硬度、高强度、耐高温氧化、耐高温蠕变和耐腐蚀等优异性能,具有很大的应用潜力。本文以铸态TiZrHfNbMo高熵合金为研究对象,通过加入C、B元素得到新的合金,即（TiZrHfNbMo）100-xCx和（TiZrHfNbMo）100-xBx合金（x为1.96、3.85、7.41、10.41和16.67）,来提高TiZrHfNbMo高熵合金的性能,同时也对铸态TiZrHfNbMo高熵合金进行了热处理和高温锻造,通过OM、SEM、EDS、XRD等方法对该合金系进行组织结构分析,并对该合金系的硬度、压缩性能进行了测试。研究表明:各合金均以枝晶方式生长,铸态TiZrHfNbMo高熵合金只形成了简单的BCC固溶体。加入了C、B元素后,各合金除了形成简单的BCC固溶体外,（TiZrHfNbMo）100-xCx合金析出了金属间化合物HfC等,（TiZrHfNbMo）100-xBx合金有复杂化合物析出。在固溶强化和析出强化共同作用下,随着C、B含量的增加,合金的硬度随之增加,（TiZrHfNbMo）83.33C16.67合金和（TiZrHfNbMo）83.33B16.67合金的硬度最高,分别为739HV和645HV。加入C、B元素后,合金的抗压强度、屈服强度、塑性变形量都有了不同程度的提高,（TiZrHfNbMo）92.59C7.41合金的压缩性能最好,抗压强度达2061MPa,屈服强度为1421MPa,塑性变形量达19.34%,（TiZrHfNbMo）83.33B16.67合金的抗压强度最高达2310MPa,但该合金几乎没有塑性变形能力。压缩过程中,各合金都发生了解理断裂。TiZrHfNbMo高熵合金经1500℃热处理后,仍由体心立方结构的固溶体相组成,组织形态发生改变并且细化,各元素分布较均匀。该合金经热处理后硬度达512HV,与铸态合金硬度相比提高了19.6%。TiZrHfNbMo高熵合金经高温锻造和热处理后,组织仍由体心立方结构的固溶体相组成。TiZrHfNbMo高熵合金可进行热加工,经1000℃高温锻造后,组织因变形程度不同分成三个区域。其中上下端为铸态枝晶,中间为流变组织,两侧为粗大的树枝晶。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高熵合金的研究概况
• 1.3 高熵合金形成的热力学与动力学
• 1.4 高熵合金的特点
• 1.4.1 高熵合金的组织
• 1.4.2 高熵合金的性能
• 1.4.3 高熵合金的应用
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 试验材料制备及试验方法
• 2.1 合金的组成
• 2.2 合金的制备
• 2.2.1 铸态合金的制备
• 2.2.2 锻造态合金的制备
• 2.2.3 合金的热处理
• 2.3 合金的组织、结构和性能分析
• 2.3.1 金相照片的拍摄
• 2.3.2 X-ray 衍射试验
• 2.3.3 扫描电子显微试验
• 2.3.4 合金的硬度测试
• 2.3.5 合金的压缩测试
• 第3章 铸态TiZrHfNbMo 系高熵合金的组织和性能
• 3.1 TiZrHfNbMo 系高熵合金的铸态宏观组织
• 3.2 TiZrHfNbMo 系高熵合金的铸态显微组织
• 3.2.1 TiZrHfNbMo 高熵合金的铸态微观组织结构
• 100-xC_x 高熵合金的铸态微观组织结构'>3.2.2 （TiZrHfNbMo）_100-xC_x高熵合金的铸态微观组织结构
• 100-xB_x 高熵合金的铸态微观组织结构'>3.2.3 （TiZrHfNbMo）_100-xB_x高熵合金的铸态微观组织结构
• 3.3 铸态TiZrHfNbMo 系高熵合金的性能研究
• 3.3.1 铸态TiZrHfNbMo 系高熵合金的硬度
• 3.3.2 铸态TiZrHfNbMo 系高熵合金的室温压缩性能
• 3.3.3 TiZrHfNbMo 系高熵合金的断口形貌分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 TiZrHfNbMo 高熵合金的热处理和高温锻造
• 4.1 经热处理的TiZrHfNbMo 高熵合金的组织和硬度
• 4.2 TiZrHfNbMo 高熵合金的高温锻造
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢