退火溫度對(duì)Fe35Ni30Cr20Al10Nb5高熵合金的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響

高熵合金作為一類新型金屬材料，因其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性而在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。本研究選取了Fe_(35)Ni_(30)Cr_(20)Al_(10)Nb_5高熵合金作為研究對(duì)象，旨在探究不同退火溫度對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和性能的影響，為優(yōu)化高熵合金的性能提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)支持。

實(shí)驗(yàn)采用純度為99.9%的純金屬原料，按照名義成分為Fe_(35)Ni_(30)Cr_(20)Al_(10)Nb_5（摩爾比）進(jìn)行配料，并通過(guò)真空電弧熔煉法制備高熵合金。為確保成分均勻，反復(fù)熔煉5次，并在SXL-1400C箱式電阻爐中進(jìn)行退火處理。退火溫度分別設(shè)定為700℃、800℃和900℃，保溫時(shí)間為24小時(shí)，隨后空冷。

鑄態(tài)合金主要由fcc和B2-NiAl雙相結(jié)構(gòu)組成，同時(shí)存在Fe_2Nb Laves相。隨著退火溫度的提高，B2-NiAl相衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，F(xiàn)e_2Nb相衍射峰數(shù)量增多，而fcc相衍射峰則逐漸減弱，表明在高溫下fcc相可能發(fā)生分解。

圖1展示了不同退火溫度下合金的XRD圖譜。從圖中可以看出，隨著退火溫度的升高，B2-NiAl相和Fe_2Nb相的衍射峰變得更加明顯，而fcc相的衍射峰則逐漸減弱。

此外，通過(guò)SEM觀察和EDS分析發(fā)現(xiàn)，鑄態(tài)合金呈現(xiàn)樹(shù)枝晶組織形貌，枝晶臂寬度約為10μm，枝晶間形成網(wǎng)狀共晶組織。隨著退火溫度的提高，深色枝晶臂尺寸逐漸增大，富Fe-Cr相溶解，體積分?jǐn)?shù)減少，而B(niǎo)2-NiAl相和Fe_2Nb金屬間化合物的體積分?jǐn)?shù)則逐漸增大。

鑄態(tài)合金的硬度為341.6HV，屈服強(qiáng)度為712.9MPa。經(jīng)過(guò)700℃退火處理后，合金的屈服強(qiáng)度顯著提高至1247.7MPa，但塑性變形量有所降低。然而，隨著退火溫度的繼續(xù)提高，合金的屈服強(qiáng)度和硬度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。900℃退火后，合金的屈服強(qiáng)度降至611.8MPa，硬度為365.2HV。

此外，通過(guò)斷口形貌觀察發(fā)現(xiàn)，700℃退火樣品的斷口形貌凹凸不平，裂紋擴(kuò)展受到阻礙，這可能是導(dǎo)致其屈服強(qiáng)度提高的原因。

通過(guò)動(dòng)電位極化曲線測(cè)試了不同狀態(tài)合金試樣在3.5% NaCl溶液中的腐蝕行為。結(jié)果表明，700℃退火后合金的耐腐蝕性能與鑄態(tài)相比無(wú)明顯變化；而800℃和900℃退火后合金的耐腐蝕性能則大幅提高。900℃退火樣品的腐蝕電位為-72.02mV，表明其耐腐蝕性能最優(yōu)。

下圖展示了不同退火溫度下合金在3.5% NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。從圖中可以看出，900℃退火樣品的腐蝕電位最高，腐蝕電流密度最低，說(shuō)明其耐腐蝕性能最好。

本研究通過(guò)改變退火溫度，系統(tǒng)地探究了Fe_(35)Ni_(30)Cr_(20)Al_(10)Nb_5高熵合金的組織結(jié)構(gòu)和性能變化。結(jié)果表明，退火溫度對(duì)合金的組織結(jié)構(gòu)和性能具有顯著影響。700℃退火處理可獲得最高的屈服強(qiáng)度，這可能與斷口形貌凹凸不平導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展受阻有關(guān)；而900℃退火處理則可獲得最佳的耐腐蝕性能，這可能與高溫退火促進(jìn)致密鈍化膜的形成有關(guān)。

【退火溫度對(duì)Fe35Ni30Cr20Al10Nb5高熵合金的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響】

文章編號(hào) 1005-3093(2024)04-0241-07