选区激光熔化成形Al1.8CrCuFeNi2高熵合金组织和性能研究

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高熵合金作为一种多主元的新型合金材料,具有高强度、高硬度、良好的耐磨以及耐腐蚀等诸多优异的性能。在医疗、航空航天和工业领域都表现出重要的应用价值。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种金属件直接成形技术,该技术突破了传统加工方法去除成型的概念,具有广阔的发展前景。本文以Al1.8CrCuFeNi2高熵合金为研究对象,探索了激光功率和退火处理对选区激光熔化成形Al1.8CrCuFeNi2高熵合金的组织结构和力学性能的影响,并研究了SLM与真空吸铸制备工艺获得高熵合金组织结构和性能的差别,主要研究结论如下:(1)以Al1.8CrCuFeNi2高熵合金为研究对象,研究了激光功率对成形件组织结构的影响。发现,随着激光功率的增加,SLM成形Al1.8CrCuFeNi2高熵合金的致密度和力学性能都呈现先增大后减小的变化趋势,并且当激光功率为275 W时,合金的致密度可达99%以上。激光功率过高或者过低时,都会使合金表面出现孔隙和裂纹,从而降低致密度。(2)SLM成形Al1.8CrCuFeNi2高熵合金的相结构为单一的体心立方(BCC)固溶体。横截面和纵截面呈现出不同的组织形貌:横截面为相互平行的长条状熔池形貌,熔池内部分布着直径很小的胞状晶;纵截面为半椭圆状熔池形貌,呈规律的高斯形态分布,内部晶粒以垂直于熔池边界生长的柱状晶为主。合金各成形面元素分布均匀,无明显的元素偏析。而电弧炉熔炼合金的相结构主要为BCC固溶体,组织为明显的树枝晶结构,由枝晶和枝晶间区组成,存在明显的元素偏析。(3)在最佳激光功率下,SLM成形Al1.8CrCuFeNi2高熵合金横截面和纵截面的显微硬度分别达到870 HV和905 HV,压缩强度为1069 MPa,但塑性较低(3.3%),横截面耐磨性能优于纵截面。而铸态合金的强度和硬度分别为895 MPa和593 HV,断裂应变为5.3%,磨损量较SLM成形合金有所增加。与铸态合金相比,SLM成形Al1.8CrCuFeNi2高熵合金的强度和硬度以及耐磨性较高,塑性较差,但两者压缩断口都呈现脆性断裂特征。(4)为了减少孔隙和裂纹,对最佳激光功率下成形的Al1.8CrCuFeNi2高熵合金进行1000℃的退火处理。发现,退火处理后,熔池边界消失,富Cu的FCC相在BCC基体上析出,合金的硬度下降但塑性提高,孔隙和裂纹都得到改善。成形件横截面和纵截面的显微硬度分别降低为609 HV和623 HV,压缩强度和压缩应变增加为1162 MPa和7.16%,压缩断裂机制也从原先的脆性断裂改变为脆性-韧性混合断裂,但耐磨性能降低。
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