低溫處理激光增材制造高熵合金拉伸性能和各向異性的優(yōu)化

來源：材料學網

等原子CrMnFeCoNi合金，也被稱為Cantor合金，是一種單相面心立方高熵合金(HEA)，由于其在77K時優(yōu)異的結構穩(wěn)定性和機械性能，具有用于低溫結構應用的潛力。然而在室溫下，CrMnFeCoNi的屈服強度僅為~215MPa，但它的應變硬化顯著，極限抗拉強度為~500MPa。一些提高HEA屈服強度的嘗試取得了適度的成功，因為其強度的增加伴隨著延性的急劇下降。

為了避免這種合金的強度-延性平衡，已經設想了促進位錯增殖和阻礙其運動的微觀結構剪裁。其中一些定制策略包括在固溶體基質中分散納米沉淀物，晶粒細化，納米孿晶的原位成核和通過預變形處理構建異質結構。在這些方法中，在HEA中原位成核納米孿晶被認為是最有效的策略，因為原位成核納米孿晶的相干邊界不會在變形過程中在材料中產生應變不均勻性。相比之下，在其他裁剪策略中形成的非相干晶界和相界具有相對較低的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。原位成核納米孿晶作為位錯滑移的有效屏障，并在塑性變形過程中觸發(fā)進一步的孿晶，從而顯著增強HEA而不影響其延展性。此外，孿晶的形核還會使晶體局部重新定向，促進更強烈的位錯相互作用，從而促進均勻變形，防止應變局部化。

為了解決上述所有問題，大連交通大學呂云卓教授團隊研究了LMD制備的CrMnFeCoNi在制備和DCT處理條件下的微觀組織演變和力學行為。結果表明，在中等激光功率為1400 W的情況下，在DCT處理后，可以獲得最佳的殘余應力分布，在不損失延性的情況下，可以提供最大的強度增強。相關研究成果以“Optimization of tensile properties and anisotropy in a cryogenically treated laser additively manufactured high entropy alloy”為題發(fā)表在International Journal of Plasticity上。

研究人員用不同的激光功率制造構件，并測量產生的殘余應力分布（圖1-2）。然后，研究了DCT循環(huán)對殘余應力分布和缺陷密度的影響。此外，通過執(zhí)行拉伸測試，在構建和DCT處理條件下，沿著構建和掃描方向(BD和SD)評估構建的機械性能（圖3-4）。主要成果如下：當激光功率為1400W和2300W時，構件的殘余應力分布梯度最大、最淺（圖5）。隨著DCT循環(huán)次數(shù)的增加，在構建上的壓應力疊加將兩個構建的殘余應力剖面轉移到更多的壓應力上（圖6）。同時，底部和中間部分的脫位密度顯著增加，但頂部的強化程度明顯較低。在力學性能上存在明顯的各向異性，因此在兩種建筑中，沿SD的強度和延展性明顯高于沿BD的強度和延性。盡管DCT沿SD的最大強度比底部的強度低15%，但它仍然是一種極好的無損技術，可以在不犧牲延性的情況下提高強度。這種方法也可以應用于具有低層錯能的合金。

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