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1.4529圓鋼廠家
本文主要結(jié)論如下:(1)提出了共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)方法:首先通過二元合金相圖獲得形成共晶合金的成分,再將二元共晶成分按照等比例混合得到不同組元共晶合金成分,這一方法在FeNiNb0.35 三元共晶合金、CoFeNiNb0.5 四元共晶合金以及(CoCrFeNi)Mx(M = Nb、Ta、Zr、Hf)五元共晶合金中都比較適用,該方法為多主元共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)提供了新途徑。(2)將二元共晶等比例混合方法應(yīng)用在(CoCrFeNi)(M =Nb、Ta、Zr、Hf)合金系中,并成功設(shè)計(jì)出 CoCrFeNiNb0.45、CoCrFeNiTa0.4、CoCrFeNiZr0.55、CoCrFeNiHf0.4 共晶高熵合金成分,其由FCC+Laves兩相細(xì)小層片共晶胞形貌構(gòu)成。其中,CoCrFeNiNb0.45和CoCrFeNiTa0.4共晶高熵合金展現(xiàn)了優(yōu)的綜合力學(xué)性能。CoCrFeNiTa0.4共晶高熵合金高的強(qiáng)度主要來源于四種強(qiáng)化機(jī)制中的Laves第二相強(qiáng)化和Hall-Petch 強(qiáng)化。(3)設(shè)計(jì)并通過直接凝固法制備出了具有均勻超細(xì)(層片寬度約200 nm)的大尺寸CoCrFeNiNb0.45共晶高熵合金。

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由上述實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分析堆焊合金層的合金元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、硬度以及耐磨性能,并對(duì)堆焊合金的耐磨機(jī)理進(jìn)行了分析研究。選用合適的焊接工藝參數(shù),選出施焊后高溫耐磨性比較好的藥芯焊絲。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:（1）兩種藥芯焊絲均采用ZD5-1250自動(dòng)埋弧焊機(jī)進(jìn)行埋弧焊,選擇HJ107焊劑,直流反接,焊接電流320A,焊接電壓30V;在上述的工藝方法下制備出相應(yīng)的耐磨堆焊熔敷金屬層,堆焊完成后的合金層無裂縫、氣孔、夾渣等缺陷,軋輥表面堆焊成型質(zhì)量良好,并已實(shí)際應(yīng)用。（2）Fe-Cr-C表面硬質(zhì)合金的主要相是馬氏體和奧氏體,以及M7C3等硬化相。向藥芯焊絲中增加C、Cr以及Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù),堆焊合金層的顯微硬度增加,耐磨性能也得到改善。
（3）XU524-A型焊絲堆焊合金隨著堆焊的進(jìn)行,堆焊母材對(duì)藥芯焊絲的稀釋作用逐漸降低,堆焊合金熔覆層的由馬氏體、殘余奧氏體和初生碳化物組成。在200℃回火時(shí),堆焊合金層硬度有所提升,當(dāng)回火溫度達(dá)到400℃時(shí),其中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成硬度較高馬氏體,且在馬氏體內(nèi)部析出一定量的（Fe,Cr）3C,堆焊層硬度增高(651HV0.2),得到耐磨性優(yōu)良的。600℃、800℃回火沉淀出顆粒較大的碳化物,中碳（C）的含量降低,硬度降低,堆焊層平均硬度分別為510HV0.2、311HV0.2。堆焊合金試樣在1000℃回火時(shí),導(dǎo)致中的合金碳化物脫溶,中的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體,引起馬氏體回火的二次硬化,堆焊層表面硬度升高,此時(shí)堆焊層平均硬度為480HV0.2。（4）從顯微硬度實(shí)驗(yàn)可以得出,相對(duì)于XU524-A型焊絲提高鉻（Cr）、碳（C）和鉬（Mo）的含量,能增加堆焊合金表面硬度;耐磨實(shí)驗(yàn)顯示,在*相同的實(shí)驗(yàn)條件下,改進(jìn)型焊絲堆焊層的磨損失重量較低,耐磨性好;其磨損機(jī)制為磨粒磨損。改進(jìn)型焊絲堆焊合金堆焊試樣在回火溫度為200℃時(shí),堆焊層的平均硬度為585HV0.2;當(dāng)回火溫度達(dá)到400℃時(shí),堆焊合金熔覆層硬度高,硬度值為678HV0.2。600℃、800℃回火時(shí)硬度依次降低,堆焊層平均硬度分別為575HV0.2、450HV0.2。1000℃時(shí)堆焊合金表面硬度低,堆焊層表面平均硬度為380HV0.2。因此在800℃以下溫度回火后,改進(jìn)型焊絲堆焊合金的硬度要高于XU524-A型焊絲,表現(xiàn)出優(yōu)良的高溫耐磨性能,耐磨性相對(duì)于XU524-A型焊絲堆焊合金提高1.24倍。

高熵合金打破了傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念,是以多種主要元素組成的一類新型合金。高熵合金多元素的協(xié)同作用使其具有許多優(yōu)異的性能,如高的強(qiáng)度/硬度、良好的耐磨性、好的耐腐蝕性、高的低溫韌性等,因而具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。然而以固溶體為主要結(jié)構(gòu)的高熵合金,鑄造流動(dòng)性較差,難以補(bǔ)縮,大體積鑄錠的宏觀和微觀偏析嚴(yán)重,不利于高熵合金的規(guī)?；I(yè)應(yīng)用。而共晶高熵合金可同時(shí)具有高熵合金和共晶合金的特性,因而具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論研究意義。本文基于二元合金相圖提出了設(shè)計(jì)共晶高熵合金成分的等比例混合方法,并設(shè)計(jì)了CoFeNi(Cr)-M(M = Nb、Ta、Zr、Hf、Al)系列共晶高熵合金。本文主要以上述合金為研究對(duì)象,通過各種測(cè)試分析方法,系統(tǒng)地研究了合金的成分、結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能。
該合金展現(xiàn)了優(yōu)異的抗高溫軟化性能:1100℃退火后合金硬度(479 HV)相比于鑄態(tài)(515 HV)僅僅降低7%;700 ℃壓縮條件下,合金的壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變分別為1082 MPa、843 MPa、28%。(4)選用高強(qiáng)度、高耐磨性的CoCrFeNiNbx(x = 0.45、0.5、0.75、1.0)共晶及過共晶合金用激光熔覆制備成合金涂層,涂層微觀由亞共晶(x = 0.45、0.5)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^共晶(x= 0.75、1.0)。其中,CoCrFeNiNb1.0合金涂層硬度值為590HV,相當(dāng)于基體硬度的2.8倍。在相同磨損條件下,CoCrFeNiNb1.o高熵合金涂層具有優(yōu)的耐磨性能。(5)設(shè)計(jì)并制備了具有有序FCC與B2雙相結(jié)構(gòu)的CoFeNi2Al0.9共晶高熵合金,該合金展現(xiàn)了良好的力學(xué)性能:室溫拉伸屈服強(qiáng)度為559 MPa,斷裂強(qiáng)度為1005 MPa,延伸率為6.2%;600 ℃高溫拉伸斷裂強(qiáng)度為706 MPa,延伸率為26.4%。且大尺寸CoFeNi2Al0.9共晶高熵合金展現(xiàn)了潛在的工業(yè)化應(yīng)用前景。(6)通過透射電鏡觀察CoFeNi2Al0.9共晶高熵合金中不同變形階段的亞結(jié)構(gòu)形貌,結(jié)果發(fā)現(xiàn):FCC相中亞結(jié)構(gòu)的演變是由平直位錯(cuò)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢诲e(cuò)、高密度位錯(cuò)堆積、位錯(cuò)網(wǎng),再轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e(cuò)墻、Taylor晶格;B2相中亞結(jié)構(gòu)的演變是由少量短位錯(cuò)向大量平直位錯(cuò)形貌。

1.4529圓鋼廠家本文基于“團(tuán)簇加連接原子”模型建立了鎳基高溫合金成分式,實(shí)施了對(duì)現(xiàn)有牌號(hào)合金的成分解析和性能分析,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能預(yù)測(cè)。首先,通過分析現(xiàn)有成熟牌號(hào)合金成分,揭示了鎳基高溫合金的成分規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì),提出了鎳基單晶高溫合金的理想模型和相應(yīng)成分式。其次,借助鎳基高溫合金的成分式,確定了合金中鍵的種類和數(shù)量,并利用鍵焓表征鍵強(qiáng),建立了承溫能力與成分式之間的關(guān)聯(lián),并實(shí)現(xiàn)對(duì)承溫能力的預(yù)測(cè)。后,利用理想模型對(duì)第1代鎳基單晶高溫合金進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所設(shè)計(jì)合金的1000 ℃/219 MPa持久壽命達(dá)到第1代單晶合金的平均水平,并且所設(shè)計(jì)合金的初熔溫度在第1代單晶合金中處于較高水平。具體內(nèi)容包括以下3方面:(1)基于“合金化元素與溶劑Ni”的混合焓,將合金化元素分為4類:1類Ni元素Ni(含Ni、Co、Fe、Re、Ru和Ir),與Ni呈弱混合焓,范圍在-2～+2kJ/mol;2促進(jìn)γ形成的類Cr元素Crγ(含Cr、Mo和W),與Ni的混合焓在-7～-3 kJ/mol;3促進(jìn)γ’形成的類Cr元素Crγ’(含Ti、V、Nb和Ta),與Ni的混合焓在-35～-18kJ/mol;4與Ni呈強(qiáng)負(fù)混合焓的主要合金化元素Al(-22 kJ/mol)?；谠胤诸?本文對(duì)272個(gè)廣泛應(yīng)用或具有代表性的典型鎳基高溫合號(hào)進(jìn)行成分分析,發(fā)現(xiàn)鎳基高溫合金落于狹窄的成分區(qū)間60～80 at.%Ni,對(duì)應(yīng)連接原子個(gè)數(shù)為2～7。鎳基高溫合金的發(fā)展過程,就是在Ni-Cr二元體系基礎(chǔ)上添加γ’形成元素(Al,Crγ’)的過程。定向凝固柱晶合金和單晶高溫合金位于[(Al,Crγ’)1-Ni12](Al,Crγ’)1.5Crγx-1.5成分線。
高代次單晶合金終趨近于符合Friedel振蕩和團(tuán)簇共振模型的理想成分式[(Al,Crγ’)1-Ni12](Al,Crγ’)1.5Crγ1.5=Ni75Al12.5Crγ’9.375Crγ3.125 at.%。通過元素分類還可以獲得γ’體積分?jǐn)?shù)。(2)本文基于所獲得的成分式,進(jìn)而確定鎳基高溫合金中鍵的種類和數(shù)量。對(duì)于配位數(shù)為12的面心立方固溶體結(jié)構(gòu),屬于每個(gè)原子的鍵為6個(gè),因此含有x個(gè)連接原子的成分式有6×(13+x)個(gè)鍵,包括12個(gè)中心-殼層鍵、12x個(gè)連接-殼層鍵和(66-6x)個(gè)殼層-殼層鍵。利用鍵焓表征鍵強(qiáng),本文發(fā)現(xiàn),平均鍵焓可以反應(yīng)承溫能力的變化趨勢(shì),弱鍵鍵焓可以反映持久壽命的變化趨勢(shì)。高承溫能力和長(zhǎng)持久壽命的高代次單晶合金同樣指向理想成分式[Al-Ni12]Al1Cr’0.5Crγ1.5。