深低温变形Fe40Mn40Co10Cr10高熵合金力学性能的研究

作     者：马妲 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾楠

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：高熵合金 低温变形 相变 形变孪晶 深低温轧制 

摘      要：多主元高熵合金打破了以一或两种元素为主的传统合金设计理念,而是采用多种主元的一类新兴合金。由多种主元构成的高熵合金具有高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应等一系列特性,使其可拥有优异的物理、化学及力学性能,如高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高的低温韧性等,因而具有潜在的广泛工业应用前景和重要的理论研究价值。本文以单相fcc结构的Fe40Mn40Co10Cr10高熵合金作为研究对象。对其进行固溶处理、冷轧和短时退火等一系列加工和热处理工艺获得所需合金。对Fe40Mn40Co10Cr10高熵合金随温度变化的力学性能、微观组织和形变机制演变进行了系统研究。为提高合金在室温下的力学性能,研究了深低温轧制对合金的力学性能、微观组织的影响。获得的主要结论如下:随着形变温度降低,合金的强度和塑性明显增加。细晶(FG)合金在293 K温度下变形时,表现出272 MPa的屈服强度、567 MPa的抗拉强度和49%的最大延伸率,当变形温度为77K时,合金获得了 567 MPa的屈服强度、1003 MPa的抗拉强度以及65%的最大延伸率。在293 K温度下,位错滑移和机械孪生是主要的变形机制。随着变形温度的降低,fcc基体的层错能降低、流变应力增加,导致了在低温变形中马氏体相的形成。变形机制由位错滑移到产生形变孪晶以及更进一步发生相变的变化导致了应变硬化能力的增强。大量细小的马氏体束和致密的孪晶界减少了位错的平均自由路径,促进了合金在低温下的强度提升。马氏体相变和机械孪生的共同作用解释了合金在低温条件下优异的强度与塑性的结合。这种在加载下非热变形机制的共同激活是通过一种亚稳态合金的设计理念实现的,通过在等主元FeCoMnCrNi成分的基础上减少Ni含量并增加Mn含量来实现亚稳态双相结构的设计。通过深低温轧制获得γ+ε双相组织以提高合金在室温下的力学性能。深低温轧制压下量为30%,随后在900℃退火10 s后,其屈服强度和抗拉强度分别提高至580 MPa和610 MPa,最大延伸率降低至14%。而当退火时间延长后,合金发生了 ε-马氏体向γ-奥氏体的转变,使合金重新成为单相奥氏体组织,导致强度降低、塑性提高。