课题基金 / 基金详情

κʹ纳米相/FCC基体铸态高熵超合金的组织优化及性能调控

批准号:
52071251
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陈建
依托单位:
学科分类:
金属结构材料与力学行为
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈建

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
作为一种新型金属材料,高熵合金与传统合金的设计思路不同,并且拥有独特性能,因而成为金属材料领域的研究热点。前期工作发现,Al0.5FeCoNiC0.1合金凝固冷却后直接形成均匀的κʹ纳米相+FCC基体超合金组织,并且增加碳含量以及添加Ti,在超合金基体上形成高自润滑性石墨以及高硬度碳化物。在此基础上,本项申请拟开展二方面工作。首先,系统分析合金元素对凝固冷却形成κʹ相的耦合作用机理,结合第一性原理计算探讨κʹ相形成机制,调控κʹ相体积分数和颗粒尺寸,揭示合金室温/高温变形机制以及κʹ相体积分数和尺寸与合金室温/高温力学性能之间的关系。其次,调控高熵超合金碳化物以及石墨的形态、分布、尺寸和体积分数,揭示其组织特征与磨损性能之间的关系。通过本项研究,不仅能丰富超合金变形以及金属材料的磨损行为等相关理论,还可为高温合金以及耐磨材料的合金设计提供新思路。因此,具有重要的科学理论意义和工程实用价值。
英文摘要
High-entropy alloys (HEAs) consist of five or more principle elements, which is different from traditional alloys. Recently, this new alloys have widely attracted the attentions due to their unique compositions and excellent properties. In the previous investigation, it was found that the microstructure of as-cast Al0.5FeCoNiC0.1 HEA consists of FCC and nanoscale κʹ phases. In the present project, in order to control the size and volume fraction of κʹ phase, the effect of alloy composition on the formation of κʹ phase will be analyzed. According to the results of first- principle calculation, the formation mechanism of κʹ phase will be revealed. Then, the deformation behavior of HEAs containing κʹ phase will be studied, and the relationship between the size and volume fraction of κʹ phase and the mechanical properties at room temperature and high temperature will be analyzed. In addition, the morphology, distribution, size and volume fraction of carbide and graphite in HEAs containing κʹ phase will be tailored by the addition of alloying elements, and the relationship between the wear properties and the microstructure character of HEAs containing κʹ phase, carbide and graphite will be studied. The results of present project can not only enrich theories of the wear behavior and deformation mechanism, but also provide new methods to design high-temperature alloys and wear resistant materials. Therefore, the present project has important theoretical significance and engineering practical value.
金属材料强韧化是金属结构材料领域追求的永恒主题。共格析出纳米相因其优异的强韧化效应而被广泛应用于增强FCC合金。最典型的共格析出相是传统高温合金和FCC高熵合金中的γ′相。然而,γ′相反相畴界能较低,强化效果有限。具有高反相畴界能的κʹ相增强FCC高熵合金可以减少后续复杂的热处理工艺,大幅降低成本。本项目设计出了共格纳米κʹ相增强FCC基体的低密度铸态Al0.5CoFeNiC0.1高熵合金,探究了该合金中κʹ相的晶体结构、形成机制以及强化效应,系统研究了Al0.5CoFeNiC0.1高熵合金高温力学性能,并分析了合金元素(Fe和Mn)对其组织性能的影响规律。. 揭示了C-T(过渡元素)与C-Al之间的键合作用差异是诱导有序化而形成κʹ相的主要原因,并阐明了κʹ相增强FCC高熵合金的强韧化机理。过渡元素原子易与C原子形成最近邻关系,形成C-T强键结合,诱发Al和过渡元素原子发生有序排列,形成κʹ相。Al0.5CoFeNiC0.1高熵合金的屈服强度超过1100 MPa且断裂延伸率达15%,其中κʹ相有序强化效果接近1 GPa,这超过了已报道的绝大多数铸态FCC高熵合金中共格纳米相的强化效果。.阐明了高温力学性能优异的低密度铸态Al0.5CoFeNiC0.1高熵合金的高温强化机理。κ′相增强的Al0.5CoFeNiC0.1高熵合金在中温区(400−700℃)显示出优异的高温压缩性能,合金具有高反相畴界能的κ′相而表现出优异的高温力学性能,其变形机制以位错滑移和层错为主,位错交滑移和攀移被激活,以及形成了易软化的B2相而。合金的密度为7.4 g/cm3,远低于Ni基和Co基合金密度,为开发新型低密度高温合金提供了一个新思路。.剖析了Al0.5CoFeNiC0.1Mnx(0< x ≤ 0.6)高熵合金中共格κʹ相及B2相调控机制,提出了滑移带细化和约束微裂纹扩展长大诱导塑性的双策略。Mn主要分布在FCC基体中,随着Al0.5CoFeNiC0.1Mnx合金中Mn含量增加,C、Co和Ni元素形成κ′相的活性降低,κ′相尺寸和体积分数略有降低,同时B2相体积分数略微降低,FCC+B2双相组织细化。变形机理为位错平面滑移,变形过程中滑移带细化和细化后的B2相中微裂纹在相界被基体约束提高了合金的强塑性,弥补了κ′相增强FCC合金因“平面滑移软化”所造成加工硬化率低的缺陷。
短程有序对不同层错能FCC高熵合金变形行为的影响
  • 批准号:
    51671150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    陈建
  • 依托单位:
置换原子钉扎镁合金变形孪晶的微观机制及强韧化效应
  • 批准号:
    51471123
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    陈建
  • 依托单位:
不同层错能FCC单晶冷拔形变组织和织构的取向效应
  • 批准号:
    51171135
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    陈建
  • 依托单位:
初始取向对冷拔单晶铜线材位错界面及形变织构的影响
  • 批准号:
    50901055
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    陈建
  • 依托单位:
国内基金
海外基金