近日，中南大學(xué)粉末冶金研究院，蘇州實(shí)驗(yàn)室采用Thermo-Calc設(shè)計了一種具有低裂紋敏感因子的過共晶Al0.7CoCrFeNi2.4合金，通過激光粉末床熔融技術(shù)獲得優(yōu)異的極限抗拉強(qiáng)度（≥1200 MPa）和斷后伸長率（≥20%）。在800 °C下時效30分鐘后，強(qiáng)度提高到1500 MPa，斷后伸長率依舊能保持15%，優(yōu)異的力學(xué)性能源于三重強(qiáng)化機(jī)制，F(xiàn)CC基體中的L12納米析出相和B2顆粒，以及B2相中的富Cr球形納米顆粒。

相關(guān)研究論文發(fā)表在Journal of Materials Science and Technology 期刊上。本期將對發(fā)表在材料科學(xué)技術(shù)上的這一研究進(jìn)行分享。

▲DOI: 10.1016/j.jmst.2023.11.054

第一作者：耿趙文

通訊作者：陳超，羅晉如

通訊單位：中南大學(xué)粉末冶金研究院，蘇州實(shí)驗(yàn)室

“ 3D Science Valley 白皮書 圖文解析

”

3D Science Valley Discovery

過共晶高熵合金

過共晶高熵合金（Hypereutectic High Entropy Alloys, Hyper-EHEAs）是共晶高熵合金的一種特殊類型，它們在合金設(shè)計中具有一個或多個元素的含量超出了共晶點(diǎn)的成分比例，導(dǎo)致在凝固過程中形成初生相，隨后是共晶組織。這種合金通常展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度和良好的塑性。

過共晶高熵合金的微觀組織通常由初生相和共晶相組成。例如，在NiAl基過共晶高熵合金中，初生相可以是MoCrV、MoCrFe或MoCrVFe等，這些初生相通常具有較高的顯微硬度，并且對合金的強(qiáng)化起到了重要作用。隨著合金中初生相含量的增加，合金的屈服強(qiáng)度也會相應(yīng)提高。

過共晶高熵合金的力學(xué)性能可以通過調(diào)整合金成分和微觀結(jié)構(gòu)來優(yōu)化。例如，通過控制合金中初生相和共晶相的比例，可以調(diào)節(jié)合金的強(qiáng)度和塑性。此外，通過熱處理和加工工藝，如冷軋和退火，也可以進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性能。

Insights that make better life

 研究背景

AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金以其優(yōu)異的雙相協(xié)調(diào)變形能力引起眾多科研工作者的極大關(guān)注，這類由FCC/B2相組成的共晶高熵合金，凝固間隔窄，流動性優(yōu)異，成為新的增材制造技術(shù)成形研究熱點(diǎn)。然而，共晶成分合金的微觀結(jié)構(gòu)對打印工藝參數(shù)、原材料有極大的敏感性，影響了此類合金的工程應(yīng)用拓展。因此，為促進(jìn)增材制造AlCoCrFeNi系高熵合金的工程應(yīng)用，設(shè)計能夠在寬工藝區(qū)間成形，且具有相對穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)的合金顯得尤為重要。

 研究亮點(diǎn)

基于Thermo-Calc計算設(shè)計了Al0.7CoCrFeNi2.4過共晶、窄凝固間隔的新型高熵合金成分，并通過LPBF工藝成形。結(jié)合不同的時效處理，獲得了性能可調(diào)控的過共晶高熵合金，為開發(fā)具有相對穩(wěn)定成分和可控微結(jié)構(gòu)的增材制造高熵合金提供理論指導(dǎo)。

 圖文解析

根據(jù)Thermo-Calc&Solidification Cracking Index設(shè)計了過共晶的Al0.7CoCrFeNi2.4，構(gòu)筑了由網(wǎng)格狀B2相包圍FCC相的胞狀結(jié)構(gòu)，極限抗拉強(qiáng)度（≥1200 MPa）和延性（≥20%）。

打印態(tài)合金在800℃下時效30分鐘，獲得了優(yōu)異的極限抗拉強(qiáng)度（1450MPa）和斷后伸長率（15%）。球化B2相和FCC基體保持K-S取向關(guān)系。時效處理后，胞狀結(jié)構(gòu)的消失，三重納米沉淀提供主要的強(qiáng)度增量：FCC基體中的L12納米沉淀和棒狀B2顆粒，以及B2相中富Cr球形納米顆粒，彌補(bǔ)了胞狀結(jié)構(gòu)顯示和位錯回復(fù)導(dǎo)致的強(qiáng)度缺失。

在910°C下時效120分鐘后樣品的伸長率顯著增加（24%至36%），屈服強(qiáng)度依舊能保持在683MPa，回溶引起的基體純化是屈服強(qiáng)度下降的主要原因，時效處理后形成的模量相互匹配的雙相結(jié)構(gòu)是斷后伸長率顯著增加的主要原因。

 總結(jié)展望

采用LPBF制備了無裂紋Al0.7CoCrFeNi2.4合金，其微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成分相對可控。該方法利用增材制造快速凝固特性，并輔以后續(xù)的時效處理，實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)度和延伸率的可控調(diào)整。這項(xiàng)工作為新型可打印高熵合金的設(shè)計和工藝優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)，本文報道的成分可以通過增材制造成形具有相對穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)和可調(diào)控力學(xué)性能。

來源
材料科學(xué)和技術(shù)l
中南大學(xué)/蘇州實(shí)驗(yàn)室；JMST；L-PBFed三重顆粒強(qiáng)化高強(qiáng)Al0.7CoCrFeNi2.4過共晶高熵合金

引用本文
Zhaowen Geng, Chao Chen, Miao Song, Jinru Luo, Jiaxuan Chen, Ruidi Li, Kechao Zhou, High strength Al0.7CoCrFeNi2.4 hypereutectic high entropy alloy fabricated by laser powder bed fusion via triple-nanoprecipitation, J. Mater. Sci. Technol. 187 (2024) 141-155.

(責(zé)任編輯：admin)

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