Page 133 - 《摩擦学学报》2021年第6期

918 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

表 3 CoCrFeMoNiC x 中熵合金的洛氏硬度
Table 3 Rockwell hardness of CoCrFeMoNiC x medium-entropy alloys

Alloy C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5
Hardness/HRC 25.6±1.5 27.9±3.1 30.7±2.4 30.8±1.3 33±1.1 34.1±0.9

2 500 3 000 100
Yield strength
C 0
C 1 2 500 Compressive strength 60
2 000 C 2
Fracture strain
C 3 2 000 80
Stress/MPa C 5 Stress/MPa 1 500 70 Fracture strain/%
1 500
C 4
60
1 000
1 000
50
500
500 40
0 0 30
0 10 20 30 40 50 60 C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5
Strain/% Sample

Fig. 5 (a) Compressive stress-strain curves and (b) relationship between yield strength, compressive strength and fracture
strain with different carbon content
图 5 CoCrFeMoNiC x 中熵合金的(a)压缩应力-应变曲线和(b)屈服强度、压缩强度和断裂应变与C含量变化的关系

图5为CoCrFeMoNiC 中熵合金室温下的压缩应 50
x
力-应变曲线. 从图5(a~b)中可以看出，C 合金的屈服
0 40
强度、压缩强度和断裂应变分别为804 MPa、1 188 MPa
和46%. C元素的加入显著提高了C 合金的强度和韧 30
1
性. 由图3所示，C 的晶粒尺寸与C 接近，二者物相完 Fracture toughness/(MPa·m 0.5 )
1 0 20
全一致，因此C原子的间隙固溶强化是C 合金强度提
1
高的主要原因. C 合金的屈服强度、压缩强度和断裂 10
5
应变分别为997 MPa、2 088 MPa和43%，相较于C 合
0 0
金，其断裂应变仅降低了5.5%，兼具良好的强度和塑 C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5
Sample
性. C质量分数高于2%时，合金强度的提高主要归因
Fig. 6 Fracture toughness of CoCrFeNiMoC x medium-
于两个方面：首先，大量的C固溶进BCC结构的八面体 entropy alloys with different carbon content
间隙中，增加了晶格畸变程度，有效地阻碍了位错的 图 6 CoCrFeMoNiC x 中熵合金的断裂韧性与C含量的关系
[13]
滑移，实现了间隙固溶强化 ；另一方面，C的添加促
进了BCC相中条状碳化物的生成，并且碳化物的数量 为了进一步研究合金的断裂机制，采用SEM二次
随着C含量的提高而增加，大量的相互交织的碳化物 电子像分析了C 、C 和C 合金的断口形貌. 图7(a)所示
3
5
0
[17]
有效地阻碍了位错的运动，从而提高了合金的强度 . 为C 合金的断口形貌，其中分布着少量的韧窝，但是
0
为了研究CoCrFeMoNiC 中熵合金抵抗脆性断裂 沿晶界形成并扩展的裂纹引起了C 合金的脆性断裂.
0
x
的能力，采用单边切口试样测试了其室温断裂韧性， 这是因为晶界处原子间较低的结合能引起了晶界强
0.5
结果如图6所示. C 合金的断裂韧性值为17.2 MPa·m ， 度的降低，从而降低了裂纹沿晶界扩展的抗力，引起
0
[18]
C的掺杂使合金的断裂韧性显著增加，当C质量分数 了沿晶断裂 . 与C 合金类似，图7(b)中C 合金也为沿
0
3
0.5
为5%时，合金的断裂韧性值达到了41.2 MPa·m . 得 晶断裂，但是晶界处的韧窝数量增多并且沿晶界的宏
益于C原子的间隙固溶强化，C 合金的强度明显提升， 观裂纹明显减少，这增强了晶界结合强度，延缓了裂
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同时也导致了该合金的断裂韧性明显增加. 当C质量 纹的扩展，表现出较大的断裂韧性. 根据合金断裂韧
分数大于2%时，合金的断裂韧性值随C含量的的增加 性以及断口形貌分析可知，C的添加一定程度上能够
而不断增加，条状碳化物的形成和数量的增加是造成 增加晶界结合强度，使其由原来的沿晶断裂变为穿晶
这一现象的另一重要原因. 断裂，提高了合金的断裂韧性. C 合金的断口主要由
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