难熔TixAlCrNbV高熵合金的显微组织与性能研究

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1、硕士学位论文(工程硕士)难熔TixAlCrNbV高熵合金的显微组织与性能研究STUDYONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFTixAlCrNbVREFRACTORYHIGH-ENTROPYALLOY周渊飞哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG113.12学校代码：10213国际图书分类号：669.2密级：公开工程硕士学位论文难熔TixAlCrNbV高熵合金的显微组织与性能研究硕士研究生：周渊飞导师：肖树龙副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与

2、工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG113.12U.D.C:669.2DissertationfortheMasteralDegreeinEngineeringSTUDYONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFTixAlCrNbVREFRACTORYHIGH-ENTROPYALLOYCandidate：ZhouYuanfeiSupervisor：Asso.Prof.XiaoShulongAcademicDegree

3、Appliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsengineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要难熔高熵合金具有高熔点的同时具有高熵合金的特性，表现出优异的高温性能，有望成为新一代

4、高温材料，引起了国内外广泛关注。本文根据高熵合金设计理念，以Ti-Al-Cr-Nb-V为研究对象通过真空感应熔炼技术（ISM）分别制备TiAlCrNbV、Ti1.5AlCrNbV、Ti2AlCrNbV高熵合金，研究了合金铸态、退火态显微组织与力学性能，高温抗氧化性，高温热变形能力，得出以下结论：通过高熵判据和固溶判据预测合金相组成，利用XRD、SEM、EDS分析高熵合金铸态和退火态的相组成和显微组织，通过常温压缩、高温压缩、硬度测试分析合金力学性能。发现铸态TixAlCrNbV高熵合金是由简单体

5、心立方固溶体构成，当x=1、1.5时，退火态合金在体心立方基体上析出高硬度的LavesC14相；合金具有很强的硬度和强度，退火后硬度值随着Laves相的析出而增强，其中TiAlCrNbV合金铸态和退火态的硬度分别为689.5HV和740HV，Ti1.5AlCrNbV合金铸态和退火态室温强度分别为1561MPa和1660MPa，断裂形式为脆性断裂。合金具有良好的高温性能，在750℃和850℃时，Ti1.5AlCrNbV合金的屈服强度分别为1100MPa和667MPa。研究高熵合金在800℃抗氧化行

6、为及氧化层结构发现TixAlCrNbV高熵合金氧化产物种类多样，分别有TiO2、Al2O3、(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2、Ti0.8Cr0.1Nb0.8O2、V2O5、AlVO4。氧化物呈层状分布，一共存在3层不同结构：第一层是TiO2、Ti0.8Cr0.1Nb0.1O2、(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2等氧化物混合物。第二层是Al2O3、V2O5和AlVO4混合物。第三层是氧元素的扩散层。Ti元素的含量对TixAlCrNbV高熵合金抗氧化性有影响，当Ti元素含量较少时，试样表面

7、不能生成足够的TiO2阻止O原子进入，O原子在较少的TiO2保护下能够轻松进入氧元素扩散层；当Ti元素含量较多时，Al元素所占成分就相应的降低，导致Al2O3生成量降低，再加上V元素对Al2O3的毒害作用，使得合金的抗氧化能力下降。对高熵合金高温热变行行为的研究发现合金变形分为三段：第一段是加工硬化阶段，第二段是应力的降低阶段，第三阶段是稳态阶段。变形温度的升高和变形速率的降低都有利于动态回复、动态再结晶两种软化机制的进行，降低加工硬化效果。计算得到TixAlCrNbV高熵合金在变形温度为100

8、0℃~1200℃、变形速率为0.1s-1~0.001s-1时，Ti1.5AlCrNbV高熵合金热激活能319.201kJ/mol，本构方程为：??̇=??22.53[sinh(0.00664563??)]2.14exp(−319201/????)合金的动态再结晶机制为非连续动态再结晶，在未发生动态再结晶时，变形-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文组织沿垂直于变形方向呈现被拉长的流线，再结晶晶粒在原有变形较大的晶界处优先形核。关键词：高熵合金；显微组织；力学性能；高温抗氧化；热变形-II-哈尔滨工