多主元高熵合金組織性能及塑性變形分析

賈彥軍

【摘 要】合金材料是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。目前，我國許多加工制造行業(yè)都會(huì)使用合金作為基礎(chǔ)原材料。其能夠彌補(bǔ)金屬材料自身的不足之處，比如，單一的金屬材料成本高，使用壽命短，受到潮濕空氣影響會(huì)發(fā)生腐蝕的問題等等。因此，合金材料的制作工作成為了目前相關(guān)材料制作行業(yè)的重點(diǎn)研究方向。而多主元高熵合金是現(xiàn)階段合金當(dāng)中的主要類型，本文就結(jié)合這種合金材料的組織結(jié)構(gòu)及相關(guān)性能進(jìn)行分析，并介紹合金塑性變形的原理及操作方法。

【關(guān)鍵詞】多主元高熵合金;組織性能;塑性變形

中圖分類號(hào)： TG139 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）22-0052-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.022

高熵合金是一種超級(jí)固溶體合金，無法區(qū)分溶質(zhì)和溶劑組元，一般由五種或五種以上金屬或非金屬元素經(jīng)過熔煉或其他方法組成。同時(shí)，在制作過程中還涉及到對(duì)等摩爾比或近等摩爾比計(jì)算公式的應(yīng)用，我國目前在這種合金的制作及應(yīng)用方面已經(jīng)取得了一定的成效。

1 分析多主元高熵合金的組織結(jié)構(gòu)及性能

1.1 組織結(jié)構(gòu)

要想對(duì)多主元高熵合金材料的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，首先就需要保證相關(guān)工作人員具備專業(yè)的操作能力，并制定科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)操作方案，對(duì)合金材料的主要構(gòu)成成分進(jìn)行詳細(xì)的分析。在掌握組織結(jié)構(gòu)成情況的同時(shí)，還可以研究如何優(yōu)化合金的制作方法及流程，提高制作效率，保障制作質(zhì)量，促進(jìn)材料制作行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

1.1.1 相應(yīng)的計(jì)算公式

合金在合成之后之所以硬度比較高，質(zhì)量比較好，是因?yàn)榧夹g(shù)人員使用了專業(yè)的計(jì)算公式，保證了各個(gè)金屬材料的用量和用法設(shè)置的合理性。一般來說，按照傳統(tǒng)合金理論，當(dāng)一種合金中含有多種主要元素時(shí)會(huì)導(dǎo)致很多脆性金屬間化合物的出現(xiàn)，而惡化合金的機(jī)械性能。然而，相關(guān)企業(yè)在研究中發(fā)現(xiàn)，多主元高熵合金不僅不會(huì)形成數(shù)目眾多的金屬間化合物反應(yīng)，反而會(huì)形成簡(jiǎn)單的體心立方或面心立方相。這是因?yàn)楦叩幕旌响卦诟哽睾辖鹦纬珊?jiǎn)單顯微結(jié)構(gòu)中起到關(guān)鍵作用，在這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中就涉及到對(duì)計(jì)算公式的應(yīng)用，具體的公式為：ΔGmax=ΔHmax-TΔSmax。這是提升合金性能穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在，需要相關(guān)工作人員引起重視。

1.1.2 納米化與非晶化

高熵合金不僅會(huì)形成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，還會(huì)形成納米相以及非晶相，多主元高熵合金中納米晶和非晶是原子擴(kuò)散和重排被抑制后產(chǎn)生的結(jié)果。高熵合金熔化時(shí)，元素混亂排列成為液體。凝固為固相后，由于多元素的擴(kuò)散及再分配，晶體的形核率及生長速度降低，有利于納米相的形成。

1.2 性能特點(diǎn)

總結(jié)這種合金材料的實(shí)際應(yīng)用情況可以看出，基于其融合了多種金屬材料的性能特點(diǎn)，相比于單一的金屬材料來說，其在整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面強(qiáng)度更高。金屬材料在使用過程中由于自重的問題通常設(shè)置的比較薄，但是越薄就越脆，容易折斷。同時(shí)，金屬材料自身不具備形變特點(diǎn)，不能根據(jù)實(shí)際需求靈活改變形狀。而多主元高熵合金可以在材料制作過程中根據(jù)人們的需求設(shè)置成不同的形狀，并且，基于合金屬性特點(diǎn)，其表面更加光滑。還可以通過設(shè)置保護(hù)膜的方式，避免合金材料與空氣長期接觸而導(dǎo)致生銹問題的出現(xiàn)。因此，這種合金材料目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、建筑業(yè)及其他行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。比如，磨具、刀具和高爾夫球桿頭等工具的制作，航空航海材料以及鍋爐中耐熱元件材料等領(lǐng)域都涉及到對(duì)這種合金材料的應(yīng)用。

2 介紹多主元高熵合金塑性變形情況的影響因素

塑性變形指的是通過外部作用力的影響讓材料的形狀發(fā)生改變，但其自身的性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化。一般來說，塑性變形工作屬于一次性操作，操作完成后無法復(fù)原。因此，在實(shí)際對(duì)多主元高熵合金進(jìn)行塑性變形操作時(shí)，一定要制作好相應(yīng)的工作計(jì)劃，分析出影響塑性變形情況的相關(guān)因素，并保證各項(xiàng)操作數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.1 金屬的硬度問題

首先，塑性變形的主要影響因素就是合金當(dāng)中金屬材料的硬度問題。硬度過低或者過高都會(huì)影響塑性變形的效果，尤其是在人們對(duì)于合金材料的形狀有特殊要求時(shí)，必須要重點(diǎn)關(guān)注金屬的硬度問題。這個(gè)檢測(cè)工作需要通過操作專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備來完成，主要檢測(cè)的是合金的顯微組織硬度，通常需要保持在600～900HV。對(duì)金屬硬度的調(diào)整有兩個(gè)方法，一個(gè)是更換基礎(chǔ)的金屬材料，一個(gè)是對(duì)金屬材料的含量進(jìn)行調(diào)整。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體硬度變化情況進(jìn)行分析，達(dá)到塑性變形的目的。

2.2 自然因素的影響

多主元高熵合金的塑性變形還會(huì)受到自然因素的影響，尤其是環(huán)境溫度問題，一般金屬合成的工作是在高溫狀態(tài)下完成的。而如果加工環(huán)境溫度與自然溫度之間的溫差較大，則在合成前及合成后，材料都會(huì)受到溫度變化的影響而導(dǎo)致變形質(zhì)量無法滿足設(shè)計(jì)需求。力的作用是相互的，在塑性變形過程中，各個(gè)金屬及非金屬材料之間也會(huì)產(chǎn)生相互的作用力。要想完成塑性變形工作，相關(guān)技術(shù)人員就必須要解決這些問題。

2.3 人為因素的影響

人為因素指的是員工自身的制作能力和素質(zhì)存在問題，工作狀態(tài)馬虎，而導(dǎo)致塑性變形工作受到了不良影響。尤其是基于合金合成的工作流程較為復(fù)雜，需要有健全的監(jiān)督管理機(jī)制作為支持。如果監(jiān)管工作不到位，就容易導(dǎo)致制作過程出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而使塑性變形工作出現(xiàn)問題，影響合金產(chǎn)品的銷售量，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重的影響。

3 多主元高熵合金制作過程的關(guān)鍵技術(shù)及注意事項(xiàng)

在實(shí)際制作多主元高熵合金時(shí)，還涉及到一些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問題，需要相關(guān)技術(shù)人員引起重視。

3.1 合金制作的注意事項(xiàng)

不同的操作技術(shù)會(huì)對(duì)合金材料的應(yīng)用效果產(chǎn)生不同的影響，因此，相關(guān)工作人員必須要進(jìn)行技術(shù)分析，結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)和新時(shí)期的技術(shù)發(fā)展情況綜合研究實(shí)際應(yīng)當(dāng)使用的技術(shù)手法。同時(shí)，相關(guān)企業(yè)需要對(duì)員工進(jìn)行知識(shí)技能及個(gè)人素質(zhì)的培訓(xùn)教育工作，提高合金的制作質(zhì)量，消除項(xiàng)目運(yùn)行過程中的風(fēng)險(xiǎn)問題。并且，企業(yè)需要在制作工作開始之前，做好經(jīng)濟(jì)預(yù)算工作，分析實(shí)際所需的資金數(shù)量，對(duì)合金合成數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及合成工作的可行性進(jìn)行分析。最后，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注于合成工藝的創(chuàng)新問題。提升員工的創(chuàng)新意識(shí)及能力，促進(jìn)材料制作業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。在這個(gè)問題上，企業(yè)還需要結(jié)合市場(chǎng)對(duì)合金材料的實(shí)際需求設(shè)定相應(yīng)的工作目標(biāo)。