钨钼微合金化与形变热处理对CrCoNi合金组织和性能的影响

作     者：贺存孝 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何国爱;郑英

授予年度：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 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）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：CrCoNi中熵合金 W和Mo元素添加 显微组织 力学性能 再结晶机制 孪晶演变 强化机制 

摘      要：CrCoNi中熵合金具有许多优点,其强度和韧性在某些条件下可以与大多数材料相媲美,被认为是最有可能取代高温合金的新型材料。然而,进一步研究发现该合金在室温下的屈服强度不足,限制了其广泛应用。同时由于其构成元素的复杂性,理论机制不完善等等问题还未攻克,特别是添加了微量元素之后的变形机理以及强化机制还未系统形成。因此,本文旨在解决如何提升CrCoNi合金的屈服强度以及揭示微合金化后的变形机理以及强化机制。本文以CrCoNi中熵合金为研究对象,添加1 at.%W和2 at.%Mo制备了一种新成分合金-(CrCoNi)WMo(简称W1Mo2)合金,提出多元微合金化、形变及热处理相结合的复合强韧化调控思路,系统研究了形变-热处理工艺对合金显微组织演变规律,分析了微合金化后的形变机制,显著提升了CrCoNi中熵合金的综合服役性能,并揭示了主要的强化机理。主要结论如下:(1)对两种合金进行了不同变形量以及800℃/60 min的热处理。随着变形量的增加,两种合金的再结晶晶粒的含量和退火孪晶的数量都在增加,KAM值和LAGBs的含量在减少。在相同条件下W1Mo2合金的再结晶程度更低,位错密度更高,同时形成了更多的退火孪晶。在力学性能方面,两种合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率随着变形量的增加都有所提高,W1Mo2合金在变形70%以及热处理800℃/60 min的状态下,屈服强度为698 MPa,相较于铸态的CrCoNi合金提升了3倍,相较于同状态下的CrCoNi合金提升了233MPa,同时保持良好的延伸率。(2)对两种合金进行了不同热处理温度的研究。在热处理温度升高的过程中,两种合金的再结晶晶粒长大,同时退火孪晶的含量逐渐降低。W和Mo的添加使合金的激活能大幅度上升,抑制了再结晶过程。在相同的条件下,W1Mo2合金的晶粒尺寸更小,并且有更多的孪晶含量。在力学性能方面,随着热处理温度的上升,两种合金的屈服强度不断下降,延伸率不断上升,同时两种合金的屈服强度差距不断减少。W和Mo添加所产生的固溶强化效果为61 MPa,且随着热处理温度升高未有明显变化。在800℃～1100℃热处理时,W和Mo元素添加产生的晶界强化分别为167 MPa,152 MPa,75MPa和25 MPa。W和Mo元素的添加显著提升了固溶强化和晶界强化的效果。(3)对两种合金进行了不同时间的热处理。在热处理15 min和30min下,两种合金的再结晶含量和孪晶含量不断增加,晶粒尺寸增大,而随着热处理时间的延长到90 min,孪晶含量会慢慢降低,晶粒尺寸增大,织构强度在不断下降,晶粒的生长取向发生了明显的改变。在力学性能方面,随着热处理时间的延长,CrCoNi合金的屈服强度先缓慢增加然后下降,延伸率不断上升。W1Mo2合金的屈服强度和延伸率都不断上升。W1Mo2合金的屈服强度比CrCoNi合金高了120MPa以上,其主要贡献来自于固溶强化和晶界强化,在相同工艺下,W1Mo2合金具有更小的晶粒尺寸、更多的孪晶含量和更多尺寸梯度更大的异质结构,这些都能够显著提升合金的强度与塑性。图48幅;表16个;参考文献99篇