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黄小霞 2015-2018

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粉末冶金FeCoNiCrMn高熵合金剪切局域化及微观结构研究

摘要：粉末冶金FeCoNiCrMn高熵合金具有高强度、高硬度、较好的力学性能、耐磨、耐高温、耐腐蚀以及耐氧化等特点，可以用于制备工业生产以及日常生活中的各类模具、工具和刀具等，且有望用于航空航海等领域。剪切局域化行为是材料在高应变速率下出现的一种特殊的热黏塑性失稳现象，其内在机制以及产生的显微结构非常复杂。开展高应变速率下高熵合金的剪切局域化行为及其微观结构研究，有利于深入了解高熵合金高应变速率变形的特点、微观结构以及力学性能，为提高高熵合金的性能、拓展其使用范围提供科学依据。

以粉末冶金方法制备的FeCoNiCrMn高熵合金为研究对象，利用分离式霍普金森压杆对帽形样品进行不同应变速率的加载实验。采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段，研究了FeCoNiCrMn高熵合金剪切局域化行为及其动态变形后的微观组织。研究结果表明：

粉末冶金等原子比FeCoNiCrMn高熵合金帽形样品的动态变形过程经历三个阶段，且始终受到应变速率和剪切区内温度的影响，应变速率和温度在变形过程中是相互竞争的关系。应变速率越大，变形过程中的剪切区的温升越大，热软化效应越显著，lnZ越小。FeCoNiCrMn高熵合金帽形样品产生剪切带的条件为lnZ=41.8。

帽形样品H6在绝热剪切变形过程中的变形时间约为136μs，剪切带为长且直的变形带，约为20μm宽，剪切带内的最高温度为1100K，超过了再结晶温度，在热力学上满足再结晶的要求，剪切带内发生了旋转动态再结晶。剪切带边缘存在大量的高密度位错的拉长胞组织和孪晶结构，剪切带中部由直径约为150nm的超细再结晶的等轴晶粒以及纳米孪晶组成。

经过动力学计算，高熵合金帽形样品动态加载过程中剪切区内部受到的最大切应力τ_m=0.085GPa大于孪生需要的临界切应力τ_p=0.360GPa，满足孪生的条件，在剪切带内产生了孪晶。在外加动态载荷下，运动位错与孪晶作用，最终使得使孪晶片发生断裂，形成约为150nm的纳米孪晶。

bingfeng wang

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