AlxCoCrFeMnNi(x=0~1)微結構與機械性質之研究

Microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeMnNi(x=0~1)

蔡秉修(Tsai, Ping Hsiu)

指導教授 ： 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2015年)

摘要

CoCrFeMnNi等莫耳比高熵合金，在各種溫度區間皆為單FCC相結構，其疊差能低，因此在低溫時易生成奈米變形雙晶，使其強度、延性、加工硬化率大幅提升，惟其室溫硬度僅120 HV，使應用受到限制。因此本實驗希望透過加入Al促進第二相的析出達到強化，並觀察系統性在此合金中添加Al搭配不同熱處理對其微結構與性質之影響。
AlxCoCrFeMnNi(x=0~1)其鑄造態隨著Al含量上升，合金會從單FCC相中生成富NiAl的有序BCC相，在Al0.6及Al0.7會生成奈米級豆腐干狀析出物，使硬度上升，至Al0.8後生成spinodal板層狀結構，硬度提升趨緩。整體相組成隨Al添加由FCC-->FCC+BCC-->BCC。
AlxCoCrFeMnNi(x=0~1)經過1100°C六小時均質化水淬後，隨著Al含量上升，合金亦生成富NiAl的有序BCC相，在Al0.7後可發現富Cr之無序BCC相生成，此外可看到有序BCC相中有奈米級白色球狀析出相，FCC相中亦有奈米級有序BCC相之析出。整體相組成隨Al添加由FCC-->FCC+BCC-->BCC。硬度上升，由Al0的121 HV上升至Al1.0的498 HV。
AlxCoCrFeMnNi(x=0~1)經過1100°C六小時均質化爐冷後，隨著Al含量上升，合金亦生成富NiAl的有序BCC相，在Al0.8後可發現富CrFe之sigma相，成因為原本無序BCC中的黑相，吸收了周圍的NiAl成分而變大使周圍變成極富Cr的區域。整體相組成隨Al添加由FCC-->FCC+BCC-->FCC+BCC+sigma-->BCC+sigma。硬度呈上升趨勢，並在Al1.0達本實驗最高之硬度值675HV。
由硬度及相的演變可發現此合金各相之強化效果順序為sigma 相> 奈米結構 > BCC > FCC。
均質化水淬的合金經DTA熱分析結果顯示初加入低熔點的Al會使整體合金熔點下降，至Al1.0產生較多強鍵結的NiAl相，合金熔點才提高。Al0.8及Al1.0之吸熱峰及放熱峰顯示sigma相約在600°C析出而在1000°C回溶。
將1100°C 6h均質化水淬之Al0.2試片，滾壓至加工量達85%，進行不同溫度及時間之退火，發現至900°C才發生再結晶之現象，遠高於一般金屬之再結晶溫度，可歸因於高熵合金的緩慢擴散效應，與CoCrFeMnNi相比則顯示Al原子的固溶使合金扭曲程度提升，進而使再結晶驅動力減少。此外，試片中存在大量的退火雙晶，亦能使強化效果提高。

關鍵字

高熵合金 ； 析出強化

並列摘要

無資料

並列關鍵字

spinodal decomposition

參考文獻

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