激光增材制造无钴高强度＆高韧性双相高熵合金AlCrFe2Ni2( 二 ) ：激光增材制造无钴高强度＆

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▲图４.LMD制造样品B ，在沉积态和热处理状态下的弯曲实验时应力-应变曲线
小结
采用LMD技术进行了制备，其激光光斑直径分别为0.6和1.8mm 。制造的样品在沉积态和热处理状态下的显微组织，显微硬度和弯曲强度均进行了评估。
可加工性
采用LMD技术进行制备的样品尺寸规格为10mm×10mm×10mm 。
对基材进行预热对制备出无裂纹的样品是至关重要的。对基材预热到450°C的时候可以抑制由于温度梯度诱导的裂纹的产生。
采用的激光光斑直径为0.6ｍｍ的时候， LMD制备的样品在即使基材预热到450°C的时候依然观察到裂纹和收缩造成的空穴。
激光光斑直径为1.8mm的时候，采用LMD技术在面积为10mm×10mm的区域制备出无裂纹的样品来。当扫描长度超过１５ｍｍ的时候，观察到裂纹的形成。样品的体积尺寸为10:10:35mm(x:y:z)的时候，可以采用１.８ｍｍ的激光光斑实现成功的制备，获得无裂纹和残余气孔率<0.5%的样品。
显微组织
在沉积态，材料的显微组织呈现出沿着制造方向不均匀分布的态势。

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▲图５.采用粉末床激光选择性熔化SLM技术制备的AlCrFe2Ni2样品在沉积态,采用EBSD沿着纵截面的(A)相位图和(B)IPF-RD图.
使用激光光斑直径为0.6mm时，层间的显微组织在制造方向呈现出细长的态势且晶粒得到细化。均匀分布的板条形貌的FCC相在层间观察到，纳米尺度的，混合的有序/无序BCC/B2在样品的整个截面都会被观察到。
使用激光光斑直径为1.8mm时，超细的双相显微组织会在整个样品中被观察到。显微组织由板条的和魏氏结构的FCC相和混合的有序/无序BCC/B2所组成。

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▲图６.AlCrFe2Ni2在热处理之后的SEM照片及其EBSD照片:(A,B)750°C,(C,D)800°C,和(E,F)850°C,保温时间均为3h.FCC相的含量也给出了（样品为SLM技术制备）
在经过热处理之后，整个样品中的显微组织是均匀的，光斑为0.6和1.8mm的时候均如此。形成双相结构，其含量为分别为46%vs.53% ，对FCC/BCC-相来说，在没有热处理的时候可以观察到的成分上混合的基材，在热处理之后就不再存在。热处理之后，光斑直径为1.8mm的样品中的显微组织要比光斑直径为0.6mm的要粗大。
机械性能
?在沉积态，所有的样品在制造方向上均呈现出不均的性能。光斑直径为0.6mm时，显微硬度为507±37HV0.3 ，光斑直径为1.8mm的时候，显微硬度为386±59HV0.3 。
?在经过热处理之后，所有的样品的显微硬度均下降到～300HV 。
?在三点弯曲实验中，光斑直径为1.8mm的样品，在垂直方向上具有高的强度和韧性。在平行方向，韧性相对较低。在光斑直径为1.8mm的时候，在垂直方向上获得最大的弯曲强度, ，在沉积态可以达到2601MPa ，延伸率为19.2% 。
?热处理之后,光斑直径为1.8mm的样品，在垂直方向，其弯曲强度达到了2286MPa ，韧性率为20%(这是机器测试的极限) 。这就意味着,这一新颖的Al9Cr17Fe36Ni38(wt.%)高熵合金在采用LMD进行制造时，在热处理状态，其强度同铸造态的DIN-St.1.4517双相钢相比较，强度增加了５０％，而可以保持相似的韧性。
延伸阅读
高熵合金的主要元素
本文统计了480种合金，使用了37种元素，如图７所示。包括1种碱金属（Li）；2种碱土金属（Be ， Mg）；22种过渡金属（Ag ， Au ， Co ， Cr ， Cu ， Fe ， Hf ， Mn ， Mo ， Nb ， Ni ， Pd ， Rh ， Ru ， Sc ， Ta ， Ti ， V ， W ， Y ， Zn ， Zr）；2种基本金属（Al ， Sn）；6种镧系元素（Dy ， Gd ， Lu ， Nd ， Tb ， Tm）；3种类金属（B ， Ge ， Si）和1种非金属（C）。 Al ， Co ， Cr ， Cu ， Fe ， Mn ， Ni和Ti这几种元素出现在100多种合金中，其中四种元素（Co ， Cr ， Fe ， Ni）各在高熵合金中的比例高达70％以上。另外，难熔元素（Mo ， Nb ， V ， Zr）在高熵合金中也属于常见元素。本文中的高熵合金平均含有5.6种元素。

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▲图７.多主元合金（MPEAs）中408元素的使用频率图。常用的元素有４０８种多主元元素．垂直线同合金的数量成比例，同给出具体的合金数量的数值。没有数值表示该元素用于合金的种类不超过１０种。 Al,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Ni和Ti使用最为频繁的合金元素。该周期表来自文献