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着工业技术的快速发展,特别是在航空航天和核能等领域,对高性能合金材料的需求日益增长。高熵合金因其独特的显微组织和优异的力学性能而受到广泛关注。本文研究了(CoCrFeNi)91Al6Ti3高熵合金的微观组织和力学性能,通过真空感应熔炼、冷轧和热处理工艺制备合金,并分析了其在不同温度下的拉伸性能及变形机制。






材料制备

采用高纯度(99.9%以上)的Co、Cr、Fe、Ni、Al、Ti为原料,利用真空感应熔炼炉制备了(CoCrFeNi)91Al6Ti3合金铸锭,总重约300g。熔炼过程在高纯度氩气保护下进行。铸锭经过打磨、高温均匀化处理(1200℃下24小时)、冷轧变形(变形量为70%)和时效处理(1150℃下5分钟再结晶处理,随后800℃下10小时时效处理)。




实验方法

拉伸实验:利用力学试验机分别在室温和高温(600℃、700℃、800℃)下进行单轴拉伸实验。


显微组织分析:使用扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察样品的显微组织和变形机理。SEM用于观察热处理后的微观组织和拉伸断口形貌,TEM用于表征微观结构和相成分。




结果与讨论

微观组织分析

经过800℃时效处理后,(CoCrFeNi)91Al6Ti3合金呈现出典型的多相组织。SEM图像显示,基体中析出了大量块状和片状的L21相,主要分布在晶粒内部,少量分布在晶界处。通过腐蚀掉FCC基体后,观察到高密度、弥散分布的球形L12纳米颗粒。




力学性能分析

拉伸性能:在不同温度下进行的拉伸实验表明,随着拉伸温度的升高,合金的屈服强度和抗拉强度逐渐降低,而延伸率先增大后减小。具体数据如表1所示,合金在600℃下具有最佳的综合力学性能,抗拉强度达到754 MPa,延伸率为22.9%。






断口形貌:SEM观察表明,室温和600℃下的拉伸断口呈现出韧性断裂特征,断口表面分布着大量韧窝。随着温度的升高,断口形貌逐渐转变为脆性断裂特征,700℃和800℃下的断口表面出现小平面和球状颗粒。在不同温度下进行的拉伸实验表明,随着拉伸温度的升高,合金的屈服强度和抗拉强度逐渐降低,而延伸率先增大后减小。具体数据如表1所示,合金在600℃下具有最佳的综合力学性能,抗拉强度达到754 MPa,延伸率为22.9%。




变形机理分析

EBSD分析:在600℃下,合金中观察到了等轴晶粒和少量退火孪晶,位错分布较为均匀且存在滑移带,这可能是合金在该温度下具有较好塑性的主要原因。





TEM分析

高分辨TEM图像显示,基体中存在大量有序的L12纳米析出相,与FCC基体共格。位错与析出相的交互作用(切过机制和绕过机制)显著提高了合金的强度。此外,变形过程中形成的层错也是合金塑性较好的原因之一。





结论

1. 随着拉伸温度的升高,合金的抗拉强度和屈服强度逐渐降低,延伸率先增大后减小。在600℃下,合金具有最佳的强度-塑性匹配,抗拉强度为754 MPa,延伸率为22.9%。

2、合金经过800℃时效热处理后,形成了大量有序的L12相和L21相,两相的协同强化作用显著提高了合金的强度。

3、EBSD和TEM分析表明,合金在600℃下变形产生了高密度且分布均匀的位错和层错,二者的共同作用使得合金在该温度下具有较好的塑性