【正文】 m—— 100 181。 圖 37 生長(zhǎng)速度為 5 μm/s 和 10 μm/s時(shí)試樣胞晶間距 Fig. 37 Cellular spacing of FeCoNiCrAl alloy at growth rates of 5 μm/s(a) and 10 μm/s(b) 理論分析 平界面凝固的穩(wěn)定性判據(jù)可以簡(jiǎn)化為下式： （ Geff /V） crit ≥△ T0 / DL (31) 式中， G eff 為界面的有效溫度梯度， DL 為液相的擴(kuò)散系數(shù)， △ T0 為合金的凝固區(qū)間。m —— 100181。m —— 河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 30 圖 35 生長(zhǎng)速度為 1 μm/s時(shí)試樣定向凝固固 /液界面組織形貌 Fig. 35 Morphologies of solidliquid interface in directionally solidified of FeCoNiCrAl alloy at growth rate of 1 μm/s 固 /液界面形態(tài) 表 31給出了不同生長(zhǎng)速度下 FeCoNiCrAl合金的抽拉距離和固 /液界面形態(tài)。 圖 34 定向凝固 FeCoNiCrAl合金 在 不同生長(zhǎng)速度下 固 /液界面的微觀 組織 (a) V=1 μm/s (b) V =2 μm/s (c) V =5 μm/s (d) V =10 μm/s Microstructures of directionally solidified FeCoNiCrAl alloy at different growth rates: (a) V =1 μm/s (b) V =2 μm/s (c) V =5 μm/s (d) V =10 μm/s 100181。 圖 33 FeCoNiCrAl 合金定向凝固試樣在生長(zhǎng)速度為 1 μm/s時(shí)的 宏觀 組織 Fig. 33 Microstructure of directionally solidified FeCoNiCrAl entropy alloy at growth rate of 1 μm/s 圖 35為 1 μm/s生長(zhǎng)速度下試樣淬火固 /液界面放大 1000倍后所觀察到的微觀組織。從圖中可以看出，試樣沿生長(zhǎng)方向存在兩個(gè)界面，一個(gè)是定向凝固啟動(dòng)界面，另一個(gè)是淬火固 /液界面，這兩個(gè)界面對(duì)后續(xù)凝固組織的形成有重要的影響。 河南理工大學(xué) 2021 級(jí)材料成型及控制工程專業(yè) 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 院系：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)：材料成型及控制工程 班級(jí)： 05 3 班 姓名：王東升 學(xué)號(hào)： 050 903032 1 時(shí)間： 2021 年 4 月 圖 31 FeCoNiCrAl合金鑄態(tài) XRD圖譜 河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 27 Fig. 31 XRD patterns of the FeCoNiCrAl alloy in the ascast condition 圖 32為 FeCoNiCrAl合金的鑄態(tài)組織，為典型的樹(shù)枝晶。 高熵合金具有顯微結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、不傾向于出現(xiàn)金屬間化合物、具有納米析出物與非晶 質(zhì)結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)特征，有高強(qiáng)度、高硬度、耐回火軟化、耐磨性好等性能特征。 河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 26 第 3 章 FeCoNiCrAl 合金 定向凝固組織演化規(guī)律 引言 傳統(tǒng)合金的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)認(rèn) 為，合金元素種類較多時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種金屬間化合物，不但難以分析而且材質(zhì)變脆，缺乏應(yīng)用性。 王水是腐蝕性極強(qiáng)的試劑，在配制過(guò)程中一定要采取安全措施，濃鹽酸易揮發(fā)，濃硝酸具有很強(qiáng)的腐蝕性，要戴上口罩和防護(hù)手套。在凝固一定長(zhǎng)度后，進(jìn)行快淬處理以保留固液界面，以便觀察組織形態(tài)的變化。附錄 2 給出了本文采用鎳鉻鎳硅的熱電偶的溫度 — 熱電勢(shì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的計(jì)算機(jī)處理方法及計(jì)算程序清單。 (4)按 Ctr+S 完成數(shù)據(jù)采集。 表 23 多信道溫度計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)的技術(shù)指陣 Table 23 multichannel temperature puter acquisition system of technical indicators 測(cè)量溫度范圍 0~2021 ℃ 溫度測(cè)量分辨率 優(yōu)于 177。正常的校正可以根據(jù)用戶設(shè)定的校正參數(shù)來(lái)調(diào)整信號(hào)。(和更好 ) 零點(diǎn)漂移 177。500 mV、 177。 表 21 ADAM4018 技術(shù)指標(biāo) Table 21 ADAM4018 Specifications 仿真量輸入信道 六個(gè)雙級(jí)（ 16 通道） 兩 個(gè)單級(jí)（ 78 通道） 輸入類型 J 、 k 、 T、 E、 R、 S、 B 型熱電偶 輸入范圍 177。該系統(tǒng)的核心部分是 ADAM4018 八信道熱電偶數(shù)據(jù)模塊和 ADAM4520 RS232/RS485 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。測(cè)量分析軟件部分由哈爾濱工業(yè)大學(xué)鑄造教研室以面向目標(biāo)編程技術(shù)為基礎(chǔ)自行編制而成，能夠?qū)?shí)測(cè)溫度場(chǎng)給以顯示、打印和儲(chǔ)存。而料棒加熱熔化通過(guò)下拉桿固定不動(dòng)，上送料桿夾緊熱電偶在熔體中向下運(yùn)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)溫直到固液界面為止。 拋光時(shí)用金剛石研磨劑，力度不宜太大，拋光速度太快時(shí)可在靠近拋光布中心處拋光，拋光時(shí)注意不要將試樣打飛，以免造成人身傷害和不必要的損失。由于金相試樣比較小，在用牙托 粉進(jìn)行鑲嵌時(shí)，要注意底部的平整。試樣的融化和凝固過(guò)程在 103 Pa 的氬氣環(huán)境下進(jìn)行。 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)合金及金相試樣的制備 實(shí)驗(yàn)使用純度為 %的鈷、 %的鎳、 %鋁和 %Cr 合金為原材料，經(jīng)洗滌烘干后，制作 FeCoNiCrAl 五元合金。 設(shè)備的抽拉系統(tǒng)采用伺服電機(jī)通過(guò)同步齒輪帶動(dòng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，通過(guò)蝸輪蝸桿沿直線軸承導(dǎo)軌帶動(dòng)托架上下運(yùn)動(dòng)，使抽拉桿升降。加熱系統(tǒng)所輸入的熱量只有通過(guò)冷卻區(qū)才能形成單向熱流。石墨加熱體具有溫度高、熱效率大、導(dǎo)熱性能良好和壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 多功能電磁加熱區(qū)熔定向凝固裝置是一種將熔煉、連續(xù)鑄造和定向凝固結(jié)合在一起的連續(xù)定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 (3)研究 體積凝固和 定向凝固 條件 下 FeCoNiCrAl 合金的顯微硬度。高熵合金可以采用傳統(tǒng)的熔鑄、鍛造、粉末冶金、噴涂法及鍍膜法來(lái)制成塊體材料、涂層或薄膜等形式，因此在傳統(tǒng)合金工業(yè)的升級(jí)及高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面極具發(fā)展?jié)摿?[3]。 河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 17 圖 115 在 %氯化鈉溶液中進(jìn)行浸沒(méi)實(shí)驗(yàn) 30天后合金的表面形貌 Fig 115 Surface appearances of alloys after immersion tests in % NaCl solution for 30 days: (a)FeCoNiCr (b) (c) FeCoNiCrCu (d)304L 多主元高熵合金的發(fā)展前景 多主元高熵合金由多個(gè)主元素可組成上萬(wàn)個(gè)合金系統(tǒng)， 為我們提供了開(kāi)拓新材料、新現(xiàn)象及新功能等的許多機(jī)會(huì)，使得多主元高熵合金具有豐富的應(yīng)用潛能和廣闊的應(yīng)用前景。表 14為鑄態(tài) CoCrFeNiTiAlx高熵合金的室溫壓縮性能，圖 114為鑄態(tài) CoCrFeNiTiAlx高熵合金斷面形貌。 x=0 x= x= x= 圖 112 Fig. 112 Microstructure of highentropy alloy at different Al contents 河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 15 圖 113 不同 Al添加量下 Fig. 113 Hardness values of highentropy alloy at different Al contents K. B. Zhang， Z. Y. Fu等 [22]研究了不同 Al含量對(duì) CoCrFeNiTiAlx(x=0， ， mol)高熵合金組織和性能的影響。將 AlxTiVCrMnFeCoNiCu(x=0， 1， 2， 5)分別用 Al0、 Al Al2和 Al5來(lái)表示，圖 110為 Al0、 Al Al2和 Al5合金室溫壓縮真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線，圖 111為 Al0、 Al Al2和 Al5合金枝晶、枝晶間隙顯微硬度，表 13為 Al0、Al Al2和 Al5合金室溫壓縮性能。 (c) x=20。結(jié)果表明： Al含量為零時(shí)，合金為 fcc， bcc， σ相和非晶相等多相共存；隨著 Al含量的增加，合金微觀組織趨于簡(jiǎn)單，當(dāng) x=20時(shí)，合金中只有 bcc簡(jiǎn)單固溶體；但當(dāng) Al含量繼續(xù)增加到 x=40時(shí)，合金中開(kāi)始出現(xiàn) Al3Ti等金屬間化合物；多組元合金的高混合熵效應(yīng)能夠有效抑制金屬間化合物等復(fù)雜相的析出，有助于簡(jiǎn)單固溶體的形成 ， 使該合金系的 相 數(shù) 低 于由 Gibbs 相 律 所 定的 最 大平 衡 相 數(shù)。結(jié)果表明， Cr含量的增加使合金的凝固模式從亞共晶向過(guò)共晶凝固轉(zhuǎn)移，鑄態(tài)組織由先析出枝晶相、菊花狀共晶組織和枝晶間 相組成，合金僅由簡(jiǎn)單的體心立方結(jié)構(gòu)和面心立方結(jié)構(gòu)兩相組成。圖 14為 AlCrCuFeNi高熵合金河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 10 的鑄態(tài)組織，為典型的樹(shù)枝晶，圖 15是 SEM的能譜分析 (EDS)結(jié)果 。 但是，目前更多是對(duì)某些特定的多主元高熵合金組織結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行了研究和探索。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)和人們的努力，新一代定向凝固技術(shù)必將更進(jìn)一步為提高材料的使用性能作出貢獻(xiàn) [14]！ 河南理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 9 多主元高熵合金研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 多主元高熵合金研究現(xiàn)狀 多主元高熵合金自 1995 年提出以來(lái)，已在全世界金屬領(lǐng)域中形成一種全新的合金，并取得了一系列的成果。特別是它所要求的冷卻速率以及凝固速度很高，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)還未能達(dá)到這一要求，因此仍有許多理論和試驗(yàn)工作要做。綜上所述， 1G 一定時(shí)，隨著 R 的增大，界面轉(zhuǎn)變情況為：平面狀→胞狀→胞狀枝晶→樹(shù)枝狀→細(xì)化胞狀→帶狀→平面狀。 MS穩(wěn)定性理論預(yù)言，在高速凝固時(shí)，固液界面將恢復(fù)平面狀生長(zhǎng)，即達(dá)到所謂的絕對(duì)穩(wěn)定性。上式中： 1G 為固液界面前沿液相中的溫度梯度， R 為凝固速度 ， △ 0T 為結(jié)晶溫度間隔，1D 為液相擴(kuò)散系數(shù)。 定向凝固理論研究現(xiàn)狀 定向凝固技術(shù)提供了一種有效的材料制備手段和方法，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，因此對(duì)它的理論研究也一直是凝固界的重要課題。 目前，定向凝固技術(shù)的最主要應(yīng)用是生產(chǎn)具有均勻柱狀晶組織的鑄件，特別是在航空領(lǐng)域生產(chǎn)高溫合金的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，與普通鑄造方法獲得的鑄件相比，它使葉片的高溫強(qiáng)度、抗蠕變和持久性能、熱疲勞性能得到大幅度提高。 圖 13 激光超高溫度梯度快速定向凝固示意 圖 Fig. 13 Laser ultrahigh temperature gradient rapid directional solidification