太原工业学院毕业设计(论文)
图4-5 AlCrCoFeNiMoTixSiy(x=0.75,y=0.25) 高熵合金的铸态金相组织
上图为高熵合金在王水中浸蚀后的铸态组织金像照片以及放大后的照片,从
照片中可以看出合金的晶体生长从宏观上讲呈现出有序排列状,不同的Ti、Si比例所得组织形貌不同。
4、AlCrCoFeNiMoTixSiy高熵合金的性能研究
此高熵合金的8种主要组成元素之中,除了Al、Si属于第三周期元素Mo是第五周期以外,其他5种元素Co、Cr、Ti、Fe和Ni都是第四周期的临近元素。Al的原子半径比较大,并且相比其他5种元素,Al的固溶度和它们都有较大的差异,因此Al的加入可以使高熵合金的晶体结构产生较大的晶格畸变,从而起到了固溶强化的效果,但是也使合金的延性和韧性等性能变差;而Ni的特性正好可以抑制这种性能缺陷的产生和恶化,并且改善合金的其他性能,如耐磨性、抗腐蚀性等。
由金相照片可以看出:Ti、Si比例为1:0时,铸态组织为典型的树枝晶结构,且比较细密,存在未知相;Ti、Si比例为0:1时,铸态组织由枝晶和枝晶间组织组成,明显存在未知相;Ti、Si比例为1:1时,铸态组织为枝晶间结构,组织细密;Ti、Si比例为0.25:0.75时,铸态组织为枝晶结构,且枝晶粗大,存在大量未知相;Ti、Si比例为0.75:0.25时,铸态组织为细密的枝晶组织结构。
由衍射实验可知:Ti、Si比例为1:0时,合金的XRD图是由一个大波峰,即一个强峰值和几个几乎可以略去不计的若干小峰值组成,可判定该合金的结构主要由BCC晶体结构组成,不存在FCC晶体;Ti、Si比例为0:1时,明显大波峰增加,小波峰峰值不可忽略,可判定该合金是BCC+FCC固溶体结构组成;Ti、Si比例为1:1时,强峰值相比0:1的合金明显要少,小波峰峰值不可忽略,可判定该合金是BCC+FCC固溶体结构组成;Ti、Si比例为0.25:0.75时,有两个强峰和几个可以忽略的小峰组成,是BCC+FCC固溶体结构组成;Ti、Si比例为0.75:0.25时,只存在一个强峰,是BCC结构,无FCC。
从扫描照片中不能直观的看出合固溶体金组织中是否存在其他复杂的化合物或金属间化合物,但可以清楚地显示断口形貌。Ti、Si比例为1:0时,断口似几簇蘑菇状,断口断裂时断裂时间有差别,存在明显的塑性变形。Ti、Si比
第 33 页 共 39 页
太原工业学院毕业设计(论文)
例为0:1时,断口似钟乳石,,相比Ti、Si比例为1:0时,有塑性变形但已不太明显;Ti、Si比例为1:1时,断面十分平整,可认其断面图像致密,为脆性断裂;Ti、Si比例为0.25:0.75时,端口较粗糙,似河流花样,脆性断裂掺杂塑性断裂;Ti、Si比例为0.75:0.25时;断口似大团云絮,塑性变形十分明显,未断开的部分认可承受载荷直至全面断裂。
第 34 页 共 39 页
太原工业学院毕业设计(论文)
5.总结与展望
5.1总结
比较实验结果可知:随着Ti的比例不断增加、Si的比例不断减少,AlCrCoFeNiMoTixSiy高熵合金的铸态组织逐渐由枝晶间结构向枝晶演化,在铸态条件下,由FCC向FCC+BCC固溶体,非晶甚至纳米晶转化,断口也逐渐由平整转为粗糙,由脆变转为塑变,性能也逐渐优越,总体而言,这五组合金中,Ti与Si比例为0.75:0.25时,性能最为优越。
5.2 展望
本次试验由于时间安排不是十分合理,以及部分实验设备不是特别理想,总体来说,综合性能表现尚可,该种高熵合金系表现出了某些优越性,但整体较脆,在如何提高强度及力学性能方面,还有进一步加强的可能性。
第 35 页 共 39 页
太原工业学院毕业设计(论文)
6.参考文献
[1]Yeh J W, Chen S K, Lin S J et al. Adv. Eng. Mater., 2004, 6: 299 [2] Zhou Y J,Zhang Y,Wang Y L,et a1.Mierostrueture and compressive properties of multicomponent Alx(TiVCrMnFeCoNiCu)100-x high entropy
alloys[J].Materials Science and Engineering,2007,A454-455:260—265.
[3] Cu—Co-Ni—Cr-Al—Fe高熵合金变形结构与高温特性之研究[D].台北:国立清华大学,2002.
[4]Porter D A, Easterling K E. Phase transformations in metals and alloys. UK: Van Nostrand Reinhold Co. Ltd., 1981: 4-28
[5]Liu C T, Stiegler J O. Science, 1984, 226(4675): 636-642 [6]Chen G L, Liu C T. Int. Mater. Rev. 2001,46(6): 253-270
[7] Cantor B, Chang I T H, Knight P et al. Mater. Sci. Eng. A 2004, 375-377: 213-218
[8] Liu C T, Stiegler J O. Ductile Ordered Intermetallic Alloys. Science. 1984, 226(4675): 636-642.
[9] Chen G L, Liu C T. Moisture induced environment embrittlement of intermetallics. Int. Mater. Rev., 2001, 46(6): 253-270.
[10] Liu C T. Recent advances in ordered intermetallics. Mater. Chem. Phys., 1995, 42: 77-86.
[11] Greer A L.Confusion by design. Nature. 1993, 366: 303-304. [12]黄国雄.等摩尔比多元合金系统之研究I-D].台北:国立清华大学,1996. [13] Canter B, Kim K B, Warren P J. Novel multicomponent amorphous alloys. Mater Sci Forum 2002, 386-388: 27-31.
[14] Kim K B, Warren P J, Cantor B. Formation of Metallic Glasses in Novel (Ti33Zr33Hf33)100-x-y(Ni50Cu50)xAly Alloys. Mater Trans JIM, 2003, 44: 411-413.
[15] Kim K B, Warren P J, Cantor B. Metallic glass formation in multicomponent (Ti, Zr, Hf, Nb)–(Ni, Cu, Ag)–Al alloys. J Non-Cryst Solids, 2003, 317: 17-22.
[16] Kim K B, Zhang Y, Warren P J, et al. Crystallization behaviour in a new multicomponent Ti16.6Zr16.6Hf16.6Ni20Cu20Al10 metallic glass developed by the equiatomic substitution technique.Phil Mag 2003, 83(20): 2371-2381.
第 36 页 共 39 页
太原工业学院毕业设计(论文)
[17]叶均蔚,陈瑞凯.高熵合金.科学发展(繁体),2004,377: 16 [18]Yeh J W. Ann. Chim. Sci. Mat. 2006, 31(6): 633-648
[19]Tong C J, Chen Y L, Chen S K et al. Met.Mater. Trans. A 2005, 36A: 881-893
[20]Yeh J W, Chen S K, Lin S J et al. Adv. Eng. Mater., 2004, 6: 299 [21]叶均蔚,陈瑞凯,林树均. 高熵合金的发展概况. 工业材料杂志(繁体),2005,224:71
[22] J ien—Wei Yeh。Shou—Yi Chang,Yu—Der Hong,eta1.A nomalous decrease in X—ray diffraction intensities of Cu-Ni-A1-Co-Cr-Fe-Si alloy systems with multi—principal elements[J].Materials Chemistry and Physics,2007,103:41—46.
[23]X F Wang,Y Zhang,Y Qiao,et a1.Novel microstructure and properties of multicomponent CoCrCuFeNiTix alloys[J].Intermetallics,2007,1 5:357—362.
[24] J W Yeh,S K Chen,S J Lin,et a1.NanostructuredHigh—entropy alloy with multiple principal element novel design concepts and outcomes[J].Advanced Engineering Materials。2004,5:299—303.
[25] Yeh J W, Chen S K, et al. Nanostructured High-entropy Alloys with MultiPrincipal Elements-Novel Alloy Design Concepts and Outcomes. Adv. Eng. Mater, 2004, 6: 299-303.
[26] Yeh J W, Chen S K, Gan J Y, et al. Formation of simple crystal structures in Cu-Co-Ni-Cr-Al-Fe-Ti-V alloys with multiprincipal metallic elements. Metal. Mater. Trans., 2004, 35A: 2533-2535.
[27] Tong C J, Chen Y L, Chen S K, et al. Microstructure Characterization of AlxCoCrCuFeNi High-Entropy Alloy System with Multiprincipal Elements.Met Mater Trans A 2005, 36A: 881-893
[28] Tung C C, Yeh J W, Shun T T, et al. On the elemental effect of AlCoCrCuFeNi high-entropy alloy system. Mater Lett. 2007, 61(1): 1-5.
[29] 刘源,李言祥,陈祥,等.多主元高熵合金研究进展.材料导报.2006,20:4-6.
[30]Zhou Y J, Zhang Y, Wang Y L Appl. Phys. Lett. 2007; 90: 181904 [31] 张芸.Au/SiO2纳米复合薄膜的光学吸收机理及其性质研究.博士学位论文.北京科技大学,2007.
第 37 页 共 39 页