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Copyright &Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温变形行为以及加工图研究--《北京理工大学》2016年硕士论文
Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温变形行为以及加工图研究
【摘要】：高熵合金作为近年来快速发展的新型合金体系,突破了传统材料设计中合金元素种类过多易产生金属间化合物和复杂相导致合金性能显著恶化的局限性,各种元素在合金中保持较高但又不高于35%的原子百分比,相互作用形成多元素集体效应,表现为高强度、高硬度、高塑性、高耐回火抗性、高耐磨性及高抗氧化性等许多优异的综合性能,在现代科技工程中体现出巨大的应用潜力。但铸态高熵合金以枝晶结构为主,微观组织的不均匀性与晶格畸变相互作用,严重影响其在科技工程,尤其是现代国防工程关键构件领域的应用。为了推动高熵合金工程技术应用的快速发展,探索其热加工改性技术与方法势在必行。鉴于此,本文以典型的Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金为研究对象,通过依托Gleeble的物理模拟以及依托有限元的数值模拟研究手段的结合,对不同变形速率以及变形温度下的Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温变形过程进行了研究。给出了变形温度以及变形速率对Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温流变行为以及微观组织的影响规律,建立了Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的热变形材料模型,基于动态材料模型理论绘制不同应变量下的热加工图,并对高温变形过程进行了数值模拟分析。研究表明:Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金在高温变形下的流变应力-应变曲线主要以动态回复为特征,稳态流变应力随着变形温度的升高或变形速率的降低而减小;随着变形温度的升高和变形速率的降低,Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金微观组织中的析出物逐渐溶解,垂直于压缩方向的晶粒尺寸减小,形状趋于规则,平行于压缩方向形成一定的流线特征;在高温变形过程中,Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金保持了面心立方单相固溶体结构,表现出良好的热稳定性,并伴随有Al元素及Ni元素向晶间的扩散;Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金经过热变形后枝晶和枝晶间的显微硬度值随着变形温度的升高和变形速率的降低呈下降趋势;Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的热变形Arrhenius模型方程分别为:11 2 25.15 5. ln 11.47 10 1.47 10Z Zsìüéù??????(28)í?÷(10)ê?÷(10)úyè′?êè′?ú?????t,其中54.33 10Zexp RTe?′?(28)?÷è?;变形温度1100℃~1200℃,变形速率0.1s-1~1s-1,范围内对其进行加工有利于改善和提高Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的综合力学性能。
【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2016【分类号】：TG139【目录】：
摘要5-7abstract7-12第1章 绪论12-23 1.1 引言12 1.2 高熵合金的概述12-18
1.2.1 高熵合金的定义12-13
1.2.2 高熵合金热力学基础13-14
1.2.3 高熵合金的主要特性14-15
1.2.4 高熵合金的组织结构15-16
1.2.5 高熵合金的性能16
1.2.6 高熵合金的研究现状16-18 1.3 合金高温塑性变形行为的研究18-20
1.3.1 高温变形的流变行为特征18-19
1.3.2 高温变形行为的影响因素19-20
1.3.3 高温变形软化机制20 1.4 合金热加工图的研究与应用20-21 1.5 课题的目的，意义及研究内容21-23第2章 实验材料和方法23-29 2.1 实验材料制备23-24 2.2 热分析法24 2.3 高温材料实验24-27 2.4 X射线衍射（XRD）27 2.5 金相分析27-28 2.6 能谱分析28 2.7 显微维氏硬度测定28-29第3章 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温变形行为29-51 3.1 热变形参数对流变应力的影响29-33
3.1.1 变形温度对流变应力的影响29-31
3.1.2 变形速率对流变应力的影响31-33 3.2 热变形参数对晶体结构的影响33-37
3.2.1 变形温度对晶体结构的影响33-35
3.2.2 变形速率对晶体结构的影响35-37 3.3 热变形参数对微观组织的影响37-46
3.3.1 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金原始微观组织37
3.3.2 变形温度对微观组织的影响37-42
3.3.3 变形速率对微观组织的影响42-46 3.4 热变形参数对元素含量的影响46-48 3.5 热变形参数对显微硬度的影响48-49
3.5.1 变形温度对显微硬度的影响48-49
3.5.2 变形速率对显微硬度的影响49 3.6 本章小结49-51第4章 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金流变行为的模型51-59 4.1 Arrhenius型模型51-58
4.1.1 Arrhenius型模型的基本理论51-52
4.1.2 Arrhenius型模型的求解52-57
4.1.3 Arrhenius型模型的验证57-58 4.2 本章小结58-59第5章 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温热加工图59-71 5.1 材料热加工模型59-60 5.2 动态材料模型的热加工图理论60-62
5.2.1 动态材料模型的耗散率理论60-61
5.2.2 动态材料模型的失稳判断准则61-62 5.3 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金塑性加工图的建立62-66 5.4 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金塑性加工图的分析66-70 5.5 本章小结70-71第6章 Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金高温变形的数值模拟71-79 6.1 变形温度对试样成形模拟结果的影响72-74
6.1.1 变形温度对试样等效应力的影响72-73
6.1.2 变形温度对试样等效应变的影响73
6.1.3 变形温度对试样损伤程度的影响73-74 6.2 压下量对试样成形模拟结果的影响74-77
6.2.1 压下量对试样等效应力的影响74-75
6.2.2 压下量对试样等效应变的影响75-76
6.2.3 压下量对试样损伤程度的影响76-77 6.3 本章小结77-79结论79-81参考文献81-87攻读学位期间发表论文与研究成果清单87-88致谢88
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