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納米晶CoNiCrFeMn高熵合金力學性能的原子尺度分析

陳晶晶  邱小林  李柯  周丹  袁軍軍  
【摘要】:對納米晶(單晶、多晶)CoNiCrFeMn高熵合金的力學性能評估有助于理解高熵合金材料物性,更好服務于核反應堆包殼管、航空發動機、噴氣渦輪葉片等國防應用領域發展。本文提出對納米晶CoNiCrFeMn高熵合金微結構演化與力學性能間的相關性展開研究。基于納米壓痕法研究了納米晶高熵合金和納米晶鎳的變形行為與力學性能,比較了使役溫度對納米晶CoNiCrFeMn高熵合金和納米晶Ni的力學性能與微結構演化差異。結果表明:單晶高熵合金力學性能(最大承載荷、硬度、楊氏模量、接觸剛度)優越于單晶鎳主要源于單晶高熵合金外形呈鼓包式結構內的位錯滑移與拓展傳播受到局限域的阻滯作用。極端低溫5K下的材料力學性能表現最佳,多晶Ni相比單晶Ni的最大承載荷、硬度、楊氏模量、接觸剛度降幅分別達28.9%、20.27%、32.61%、36.4%;多晶CoNiCrFeMn高熵合金相比單晶CoNiCrFeMn高熵合金的最大承載荷、硬度、楊氏模量、接觸剛度降幅依次達21.74%、23.61%、23.79%、22.90%。此外,多晶高熵合金力學性能相比單晶高熵合金對溫度敏感性更強,其力學性能隨溫度升高近似線性下降。對多晶高熵合金和多晶鎳而言,晶界不僅是位錯滋生、拓展、繁衍的起源區,更是萌生缺陷、產生裂紋拓展與失效的集中域。受應力驅動晶界邊緣的微結構演化和缺陷存在,多晶材料力學性能弱于單晶材料。

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