选区激光熔化FeCoNiCr系高熵合金机械性能实验研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230333

摘要/Abstract

摘要：

通过对选区激光熔化法制备的FeCoNiCrAl_0.5，FeCoNiCrTi_0.5高熵合金成形试件进行机械性能影响因素实验研究，探寻高熵合金致密度与硬度随激光功率、扫描速度、扫描间距的变化规律以及粉末种类和元素类型对拉伸性能的影响，并对高熵合金试件拉伸断口形貌进行分析.实验结果表明：随着激光功率、扫描速度、扫描间距的增大，试件的致密度与硬度先升高后下降.采用合金化粉末制备的FeCoNiCrAl_0.5试件相较于混合粉末拉伸性能更优越，FeCoNiCrTi_0.5高熵合金与FeCoNiCrAl_0.5高熵合金相比抗拉强度更大，韧性更强.采用混合粉末与合金化粉末制备的FeCoNiCrAl_0.5成形试件的拉伸断裂方式以脆性与韧性断裂为主，而采用混合粉末制备的FeCoNiCrTi_0.5成形试件则以塑性断裂为主.

关键词: 高熵合金, 选区激光熔化, 致密度, 硬度, 拉伸性能

Abstract:

Through experimental research on the influencing factors of mechanical properties of FeCoNiCrAl_0.5 and FeCoNiCrTi_0.5 high-entropy alloy formed specimens prepared by the selective laser melting method， the changes of density and hardness of the high-entropy alloy with laser power， scanning speed and scanning spacing， as well as the effects of powder type and element type on the tensile properties were investigated， and the tensile fracture morphology of the high-entropy alloy specimens was analyzed. The experimental results showed that the density and hardness of the specimens increase at first and then decrease with the increase of laser power， scanning speed and scanning spacing. Compared with the mixed powder， the tensile properties of FeCoNiCrAl_0.5 specimen prepared by alloyed powder are better， FeCoNiCrTi_0.5 high-entropy alloy has higher tensile strength and stronger toughness than FeCoNiCrAl_0.5 high-entropy alloy. The tensile fracture of FeCoNiCrAl_0.5 formed specimen prepared by mixed powder and alloyed powder is mostly brittle and ductile fracture， while the FeCoNiCrTi_0.5 formed specimen prepared by mixed powder are mainly plastic fracture.

Key words: high-entropy alloy, selective laser melting, density, hardness, tensile property

中图分类号:

TH 161

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图/表 16

图1 SLM原理示意图

Fig.1 SLM principle diagram

图2 实验设备（a）—激光熔化设备；（b）—超景深显微镜；（c）—万能电子试验机；（d）—电子维氏硬度计.

Fig.2 Experimental equipment

表1 粉末粒径统计表（质量分数） (%)

Table 1 Statistical table of powder particle size (mass fraction)

粒径/μm	FeCoNiCrAl_0.5（混合粉）	FeCoNiCrAl_0.5（合金粉）	FeCoNiCrTi_0.5（混合粉）
总计	100	100	100
10~20	63.90	37.4	31.2
>20~30	23.90	39.8	36.4
>30~40	8.90	13.5	17.8
>40~50	3.15	6.9	8.4
>50~60	0.10	1.8	4.4
>70~110	0.05	0.6	1.8

图3 拉伸试件(单位：mm)（a）—拉伸试件尺寸；（b）—实际拉伸试件.

Fig.3 Tensile specimen (unit:mm)

表2 正交实验参数

Table 2 Orthogonal experiment parameters

激光工艺参数	水平
激光工艺参数	1	2	3	4
激光功率/W	250	300	350	400
扫描速度/(mm·s^-1）	600	700	800	900
扫描间距/μm	50	60	70	80

图4 激光功率对致密度的影响（a）—激光功率对致密度的影响；（b）—FeCoNiGrAl0.5致密度最大时的表面形貌（表面无球化）；（c）—FeCoNiGrAl0.5致密度最小时的表面形貌（表面球化）.

Fig.4 Effect of laser power on density

图5 扫描速度对致密度的影响（a）—扫描速度对致密度的影响；（b）—FeCoNiGrAl0.5致密度最大时的表面形貌（表面平整）；（c）—FeCoNiGrAl0.5致密度最小时的表面形貌（表面凹凸不平）.

Fig.5 Effect of scanning speed on density

图6 扫描间距对致密度的影响（a）—扫描间距对致密度的影响；（b）—FeCoNiGrAl0.5致密度最大时的表面形貌（搭接完整）；（c）—FeCoNiGrAl0.5致密度最小时的表面形貌（表面孔洞与裂纹）.

Fig.6 Effect of scanning spacing on density

图7 激光功率对硬度的影响

Fig.7 Effect of laser power on hardness

图8 扫描速度对硬度的影响

Fig.8 Effect of scanning speed on hardness

图9 扫描间距对硬度的影响

Fig.9 Effect of scanning spacing on hardness

图10 FeCoNiCrAl0.5粉末类型对拉伸性能的影响（a）—应力-应变；（b）—断面收缩率；（c）—伸长率；（d）—断裂载荷；（e）—屈服强度；（f）—抗拉强度.

Fig.10 Effect of FeCoNiCrAl0.5 powder type on tensile properties

图11 元素种类对拉伸性能的影响（a）—应力-应变；（b）—断面收缩率；（c）—断裂伸长率；（d）—断裂载荷；（e）—屈服强度；（f）—抗拉强度.

Fig.11 Influence of elements on tensile properties

图12 FeCoNiCrAl0.5（混合粉）断口形貌

Fig.12 Fracture morphology of FeCoNiCrAl0.5

图13 FeCoNiCrAl0.5（合金粉）断口形貌

Fig.13 Fracture morphology of FeCoNiCrTi0.5

图14 FeCoNiCrTi0.5（混合粉）断口形貌

Fig.14 Fracture morphology of FeCoNiCrTi0.5

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