Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金晶粒細化及機械性質之研究

On grain refinment and mechanical properties of Al-Co-Cr-Fe-Ni high-entropy alloys

陳宗聲

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(2010年)

摘要

鑑於陳永承學長研究Al0.5CoCr2FeNi合金發現高硬度下仍有良好加工性，顯示其微結構中FCC及BCC相可能具有高強度及延性，乃以此分相EDX成份為基礎配成新合金6種，得FCC、FCC＋BCC、BCC三類結構，除探討此6種合金的鑄造、鍛造及退火之微結構及硬度變化外，本論文為開發性能優越的鍛造用高熵合金，針對單一FCC相且加工性優越的合金Al5Co23Cr32Fe18Ni22（合金代號Ni22）加以探討，並研究其晶粒細化及機械性質。
本實驗利用滾壓搭配退火之熱機處理法對高熵合金Ni22進行細晶強化。合金鑄造態及均質化態下硬度皆為HV171，經滾壓85%後硬度提昇至HV393。滾壓材在不同溫度及不同時間下退火，因退火軟化、富Ni、Al相析出硬化及細晶強化之不同，可得到不同的硬化量，最硬為700℃退火30分鐘得HV501，有部分加工硬化及析出硬化的效果，1000℃退火2分鐘得HV210，有細晶強化的效果。若先預時效再滾壓退火，1000℃ 2分鐘之短時間可更進一步細晶強化，得HV285。
　　均質化態降伏強度為243 MPa、總伸長率為58.8%，滾壓態降伏強度達1278 MPa，總伸長率為5.3%，顯示加工硬化很大，但保有適當的伸長率。經800℃退火30分鐘藉由析出強化降伏強度可達924 MPa，總伸長率仍有16.9%為強度延性綜合表現最佳之製程條件。滾壓態經1000℃退火2分鐘之細晶強化降伏強度為450 MPa，總伸長率達38.8%。預時效後滾壓經1000℃退火2分鐘降伏強度可達530 MPa，且仍有37.2%之高伸長率。與FCC型不鏽鋼比較，本合金強度及伸長率的綜合表現明顯優越。此外，在3.5% NaCl及0.5 M H2SO4水溶液中的均勻腐蝕及孔蝕亦皆優於316不鏽鋼，由此可知Ni22合金經簡易滾壓及適當退火，可得不同範圍的強度-延性組合，具有工業應用潛力，尤其在海洋結構體方面，本合金可擁有高強度高抗孔蝕的能力。

關鍵字

高熵合金 ； 晶粒細化 ； 機械性質

參考文獻

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