V 對(duì)富 Fe 非等原子比 FeCrCoNi 高熵合金組織及性能的影響

高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）因其獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。本文基于FeCrCoNi體系，通過(guò)調(diào)整Co、Ni含量并引入V元素，旨在探究V對(duì)合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。

本文研究了V元素對(duì)FeCrCoNi高熵合金組織與力學(xué)性能的影響。通過(guò)機(jī)械球磨與放電等離子燒結(jié)方法，制備了Fe45Cr15Co10Ni30基高熵合金及不同V含量的FeCrCoNiV合金。研究結(jié)果表明，V元素的加入促進(jìn)了富V的BCC相形成，顯著提升了合金的硬度與壓縮性能。

采用純度大于99.9%、粒徑為45μm的Fe、Cr、Co、Ni、V粉末，通過(guò)機(jī)械球磨法制備高熵合金粉末。球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時(shí)間36h，期間分別在5h、15h、25h、36h取樣以觀察粉末變化。球磨完成后，粉末經(jīng)冷凍干燥處理，再通過(guò)放電等離子燒結(jié)法制備塊體合金，燒結(jié)溫度1000℃，壓力40MPa，保溫保壓10min。

圖1展示了不同球磨時(shí)間下Fe45Cr15Co7.5Ni27.5V5、Fe45Cr15Co5Ni25V10、Fe45Cr15Co2.5Ni22.5V15高熵合金粉體的X射線衍射圖譜。結(jié)果顯示，隨著球磨時(shí)間的增加，各元素衍射峰逐漸消失，最終形成FCC+BCC雙相固溶體。V元素含量的提升增強(qiáng)了V元素的衍射峰，促進(jìn)了富V的BCC相形成。

圖2和圖3分別展示了Fe45Cr15Co10Ni30及含V高熵合金的顯微組織。隨著V含量的增加，富V的BCC相逐漸增多，并呈現(xiàn)不同的形貌變化。Fe45Cr15Co2.5Ni22.5V15合金中，富Cr的BCC相幾乎消失，而富V的BCC相以細(xì)小結(jié)構(gòu)分布于FCC基底相中，顯著提高了合金的抗變形能力。

表2列出了不同合金的維氏硬度值。隨著V含量的增加，合金的硬度顯著提升。Fe45Cr15Co2.5Ni22.5V15合金的硬度達(dá)到378.8±6.0HV0.3，遠(yuǎn)高于Fe45Cr15Co10Ni30合金的301.3±4.8HV0.3。

圖6展示了不同合金的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。Fe45Cr15Co2.5Ni22.5V15合金表現(xiàn)出最佳的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度為869±8MPa，抗壓強(qiáng)度為1675±5MPa，應(yīng)變率為46.1%±1.7%。

V元素的摻雜對(duì)CoCrFeNi基高熵合金的相結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能產(chǎn)生了顯著影響。一方面，V元素的固溶強(qiáng)化作用提高了合金的強(qiáng)度；另一方面，V元素的加入改變了合金的相組成和相穩(wěn)定性，從而影響了合金的變形機(jī)制和耐腐蝕性能等。此外，分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果揭示了合金在不同溫度下的變形機(jī)制變化規(guī)律，為合金的高溫應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

V元素的引入有效改善了Fe 45Cr 15 Co 10 Ni 30高熵合金的顯微組織和力學(xué)性能。

富V的BCC相作為增強(qiáng)相，提高了合金的硬度和抗壓強(qiáng)度，同時(shí)保持了良好的延伸率。

通過(guò)本文的調(diào)控，獲得了具有良好強(qiáng)度和塑性匹配的Fe45Cr15Co2.5Ni22.5V15高熵合金。

Fe45Cr15Co7.5Ni27.5V5合金的屈服強(qiáng)度和應(yīng)變率有所下降，這可能與富Cr的BCC相部分消失及V元素引入導(dǎo)致的脆性增加有關(guān)

【V 對(duì)富 Fe 非等原子比

FeCrCoNi 高熵合金組織及性能的影響】

文章編號(hào)：0254-6051( 2024) 05-0022-07

CHENG FENG

CHENG FENG

FeCoNiCrAl高熵合金是由五種等摩爾比的元素構(gòu)成，能夠表現(xiàn)出傳統(tǒng)合金所不具備的高強(qiáng)度，高耐磨，高耐腐蝕能力。

可用于選區(qū)激光熔化（SLM）、電子束熔融（EBM）、激光直接沉積（DLD）、粉末冶金（PM）、注射成型（MIM），激光熔覆（Laser Cladding）等工藝。