哈工大机械制造gpa大概多少(哈工大朱景川教授：硬度755GPa激光重熔高性能中熵合金)

导读：本文采用光纤激光重熔了一种多相无钴铸态AlCrFe2Ni2中熵合金(MEA)。通过表征铸态和重熔的AlCrFe2Ni2，研究了激光重熔对组织、相分布和机械性能的影响合金。激光重熔工艺使晶粒尺寸从约780μm显着减小到58.89μm（纵向截面）和15.87μm（横向截面），硬度从4.72±0.293GPa增加到6.40±0.147GPa（纵向截面）和7.55±0.360GPa（横截面）。还发现铸态合金中由FCC相、有序B2相和无序BCC相组成的长边板状组织转变为由交替有序B2相和无序BCC相组成的纳米级编织状组织。重熔后屈服应力从661.9MPa增加到1347.6MPa（纵截面）和1647.2MPa（横断面）。

高熵合金(HEAs)和中熵合金(MEAs)是新开发的合金，它们由具有相等或接近相等摩尔比的几种元素组成。HEA/MEA的特殊成分特性导致非凡的性能，如高强度和硬度、良好的热稳定性,高耐腐蚀性,理想的高温抗氧化性能和优越的磁性。电弧熔炼是HEA/MEAs最常用的制备方法，可以在一定程度上净化铸锭，改善结晶度。然而，电弧熔化过程中冷却速度低，容易导致粗晶粒的形成，对合金的性能和使用性能产生显着的不利影响。

与电弧熔化工艺相比，激光重熔或基于激光的增材制造（AM）方法可以提供超快的冷却速度（高达104～107K/s），这有利于扩大极限固溶，细化晶粒，消除偏析，形成新的亚稳相并最终表现出优异的机械性能。布里夫等人已经使用选择性激光熔化制造了FeCoCrNi高熵合金。沉积态HEA的屈服应力为600MPa，远高于铸态HEA的屈服应力188MPa。此外，沉积态合金的延伸率为32%，与铸态合金相当。他们的工作表明，高冷却速率的工艺可以帮助HEA同时实现高强度和良好的塑性。由于增强分散性的促进，获得了进一步细化的晶粒。他们发现与没有重熔的HEA相比，获得了更高的强度和更好的塑性。

近年来，共晶HEA和MEA因其在强度-延展性协同方面的优势而受到广泛关注.这些合金由彼此分离的软相（即FCC相）和硬相（即B2相）组成。它们通常在室温下表现出前所未有的高强度和高延展性的结合。这些合金的主要合成方法是电弧熔炼。考虑到优化这些合金铸锭的显微组织和提高其机械性能，由于它们在高温下具有良好的热稳定性，因此很难进行后续热处理。从上述讨论可以看出，激光加工是一种优化微观结构和改善机械性能的有前途的技术。

在此，哈工大朱景川教授团队利用激光来重熔一种多相无Co共晶中等熵合金AlCrFe2Ni2。研究了激光重熔对组织、相演化和机械性能的影响。通过计算四种潜在强化机制中的每一种来评估主要强化机制，以预测重熔MEA的屈服应力。由于激光重熔工艺也可以提供类似于AM工艺的热环境，本工作也可以作为探索AlCrFe2Ni2MEAs合金作为激光基AM原材料的可能性的参考。相关研究成果以题“RefinedmicrostructureandenhancedmechanicalpropertiesofAlCrFe2Ni2mediumentropyalloyproducedvialaserremelting”发表在国际著名期刊JournalofMaterialsScience&Technology上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S

铸态MEA中存在长边板状FCC、B2相和由B2相和BCC相组成的随机分布的调幅分解结构。重熔后，微观结构转变为由有序B2相和无序BCC相组成的纳米级编织状微观结构。激光重熔后MEA的平均晶粒尺寸显着减小。这表明激光重熔的快速冷却速度促进了细化晶粒的形成。

图1。(a)铸态和重熔AlCrFe2Ni2合金的XRD图谱；(b)在(110)处重熔样品峰的放大图像。

图2。(a)AlCrFe2Ni2合金重熔区和母材的横截面形貌图像；(b)铸态合金的晶粒尺寸分布分析。

图3。激光重熔样品的EBSD图像（a）纵向截面的IPFY图；(b)IPFY横断面图；(c)纵剖面相位分布图；(d)横截面的相位分布图。

图5。(a)铸态MEA和(b)重熔MEA的SEM图像；(a)和(b)的插图是更高放大倍数下的SEM图像。

图6。铸态AlCrFe2Ni2合金的TEM显微照片。(a)代表性相的HAADF图像；(b)用STEM绘制的元素分布；(c)富FeNiCrFCC相(d)富AlNi有序B2相(e)富FeCrBCC相的相应SAED模式。

图7。重熔的AlCrFe2Ni2合金的TEM显微照片。(a)重熔MEA微观结构的HAADF图像。插图是放大的HAADF图像，显示了纳米尺寸的相；(b)用STEM绘制的(a)中标记的相同区域的元素分布；(c)HRTEM显示B2和BCC相之间的界面；(d)富含AlNi的有序B2相和(e)富含FeCr的BCC相的相对FFT模式。

重熔的MEA表现出优于铸态MEA的机械性能。重熔后的MEA的硬度和屈服强度分别为~7.55GPa和~1647.2MPa，延伸率~0.73。重熔后，在不牺牲塑性的情况下，硬度增加，屈服强度显着提高。计算的屈服强度(1840.66MPa)与从纳米压痕结果获得的衍生屈服强度(1647.2MPa)一致。详细的强化机制分析表明，位错剪切和粒子剪切机制主导了强化，对重熔MEA的屈服强度分别贡献了约904.02MPa和约700.29MPa的强度增量。