AlxCoCr2FeNi (x=0~1)和Al0.5Co0.5Cr2Fe1.5Niy (y=1.0, 1.5)高熵合金機械性質與微結構之研究

Study on the microstructure and properties of AlxCoCr2FeNi (x=0~1) and Al0.5Co0.5Cr2Fe1.5Niy (y=1.0, 1.5)

陳永承(Yung-Cheng Chen)

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(2009年)

摘要

本研究為進一步增進高熵合金低溫及高溫應用的特性，乃將AlxCoCrFeNi高熵合金中的Cr含量由1份增加為2份，設計成Al0～1CoCr2FeNi合金（簡稱Cr2-Alx），又為成本考量，以Al0.5CoCr2FeNi為基礎，降低Co的含量，並增加Fe的含量，設計為Al0.5Co0.5Cr2Fe1.5Ni 1,1.5合金（簡稱Co0.5-Ni1, 1.5），以此2系統探討微結構、析出硬化、加工性、機械性能及機制。
結果發現各合金鑄造態在Al含量低於0.3時為FCC與BCC混合相。當Al含量0.5時為FCC、BCC與σ相。當Al含量1.0時，為單一BCC相。Co0.5-Ni1合金為單一BCC相， Ni含量1.5份時為FCC+BCC相。各合金鑄造態的硬度隨著Al含量提高而提昇，由181 HV增至 587 HV。合金硬度上升的原因為較硬的BCC相比例增加，甚至出現更硬的σ相。
經1100°C 6 h均質化處理後，其微結構皆呈現FCC+BCC的混合相。可藉時效硬化提高其硬度，在700°C時效皆無過時效；800°C以上除了Cr2-Al1.0合金有輕微過時效外，其餘合金皆未出現過時效，顯示其高溫穩定性佳。析出硬化的強化相為富Al-Ni的析出物以及富Cr基地相轉變為σ相。過時效的原因歸因於富Al-Ni相的粗化。
此系統合金除Cr2-Al1.0以及Co0.5-Ni1.0的時效態外，硬度壓痕的邊角皆不會出現裂痕，顯示具有很好的韌性。而由裂痕長度計算，Cr2-Al1.0 K1C值為13～20，Co0.5-Ni1.0的K1C值為11～17，韌性亦不錯。
除Cr2-Al1.0外，所有合金的加工性都很好，高溫鍛造可達50%以上加工量，而冷滾壓可達80％以上加工量，原因為在微結構中存在大量的FCC，且在微結構中BCC相並沒有出現裂痕，顯示此系統的BCC加工性也是不錯。
本實驗合金由於比起一般超合金密度較低，強度較高，且高溫下強度下降緩慢，有助於引擎的輕量化。

關鍵字

高熵合金 ； 高硬度 ； 高加工性 ； 時效硬化

參考文獻

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