真空熱壓燒結(jié)制備CuCrFeMnNi高熵合金的退火軟化行為前言 高熵合金（HEA）作為21世紀(jì)初提出的一種新型合金設(shè)計(jì)理念，由四種或四種以上金屬元素組成，每種元素的摩爾分?jǐn)?shù)在5%~35%之間，形成簡單固溶體相。CuCrFeMnNi高熵合金以其優(yōu)異的性能備受關(guān)注。本文旨在探討真空熱壓燒結(jié)制備的該合金在退火過程中的顯微組織變化及硬度演變規(guī)律。
本文采用真空熱壓燒結(jié)工藝制備了CuCrFeMnNi高熵合金，并研究了其在600~900℃下退火12小時(shí)后的退火軟化行為。通過顯微硬度測試、物相分析和微觀組織觀察，發(fā)現(xiàn)合金的顯微硬度隨退火溫度的升高逐漸降低。燒結(jié)態(tài)合金的硬度約為543 HV，而900℃退火后降至268 HV，顯示出顯著的退火軟化現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)材料制備 試驗(yàn)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%的Cu、Cr、Fe、Mn、Ni元素粉末，平均粒度約為75 μm。粉末按等摩爾比配比后，通過機(jī)械合金化方法制備高熵合金粉末。隨后，使用ZT-25-20YVHP型真空熱壓爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：背景真空6×10^-2 Pa，升溫速率10℃/min，壓力50 MPa，保溫時(shí)間2 h。燒結(jié)后的合金塊體尺寸為Φ12.5 mm × 6 mm，加工成7 mm × 6 mm × 3 mm的薄片狀試樣進(jìn)行退火處理。 退火處理在箱式電阻爐中進(jìn)行，退火溫度分別為600℃、700℃、800℃和900℃，保溫時(shí)間均為12 h，冷卻方式為隨爐冷。 試驗(yàn)結(jié)果與討論 顯微硬度 圖1展示了CuCrFeMnNi高熵合金在不同溫度退火后的顯微硬度。燒結(jié)態(tài)合金的硬度約為543 HV，隨著退火溫度的升高，硬度逐漸降低。900℃退火后，硬度降至268 HV，約為燒結(jié)態(tài)的0.52倍，表明合金發(fā)生了顯著的退火軟化。
物相分析 圖2為不同溫度退火后的XRD結(jié)果。燒結(jié)態(tài)合金的物相結(jié)構(gòu)由FCC1主要相、FCC2次要相及少量具有tetragonal晶體結(jié)構(gòu)的Cr5Fe6Mn8金屬間化合物相（標(biāo)記為 相）組成。600℃和700℃退火后，相部分分解，F(xiàn)CC1和FCC2相衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，導(dǎo)致硬度降低。800℃和900℃退火后， 相完全分解，形成以FCC2相為主、FCC1相為輔的物相結(jié)構(gòu)，合金發(fā)生顯著退火軟化。
微觀組織 圖3為600℃和900℃退火后的SEM圖。合金在兩種退火溫度下的微觀組織均由淺白色、淺灰色組織組成，并在淺灰色組織中可觀察到深灰色或黑色組織。通過面掃描和能譜分析（圖4、圖5及表2、表3），淺白色區(qū)域主要富含Cu元素，為FCC2相；淺灰色區(qū)域主要富含Cr元素，為FCC1相；黑色組織為富含Cr-Fe-Ni的FCC1相。高溫退火后，淺白色區(qū)域顯著減少，表明高溫促進(jìn)了合金化元素的相互擴(kuò)散。
結(jié)論 CrCuFeMnNi 高熵合金的燒結(jié)態(tài)硬度（HV）約為 543，合金硬度隨退火溫度升高逐漸降低。900 ℃退火處理后，硬度（HV）大幅降低至 268，約是燒結(jié)態(tài)的 0.52 倍，表明該合金發(fā)生顯著的高溫退火軟化現(xiàn)象。 燒結(jié)態(tài)CuCrFeMnNi 高熵合金由 FCC 主相（FCC1+FCC2）+ P相的多相結(jié)構(gòu)組成，600 ℃和 700 ℃退火后，P相含量降低而 FCC1 和 FCC2 相含量相對(duì)增加。800 ℃和 900 ℃退火后，P相完全分解，且 FCC2 相含量顯著增加。 燒結(jié)態(tài) CuCrFeMnNi 高熵合金的高硬度歸因于固溶強(qiáng)化和P相的析出強(qiáng)化，退火處理后發(fā)生軟化主要?dú)w因于析出強(qiáng)化相于P相的分解。 參考文獻(xiàn)： 【真空熱壓燒結(jié)制備CuCrFeMnNi高熵合金的退火軟化行為】 邵亞云 |
