Revealing the solidification microstructure evolution and strengthening mechanisms of additive-manufactured W-FeCrCoNi alloy: Experiment and simulation

微观结构 共晶体系 合金 材料科学 金属间化合物 冶金 材料的强化机理 沉淀硬化 降水 铝化钛 固溶体 复合材料 物理 气象学
作者
Yuan Yuan,Yong Han,Kai Xu,Sisi Tang,Yaohua Zhang,Yaozha Lv,Yang Yihan,Xue Jiang,Keke Chang
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:204: 302-313 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2024.03.075
摘要

Tungsten heavy alloys (WHAs) prepared using laser additive manufacturing (AM) exhibit intricate geometries, albeit with limited mechanical properties. Here we designed a high-strength WHA featuring a FeCrCoNi high entropy alloy (HEA) binder via the laser metal deposition (LMD) technique. Due to the distinctive thermal cycle and rapid cooling rate, the as-deposited alloys exhibit microstructures with hypoeutectic, eutectic-like, and spot-like characteristics. To elucidate this phenomenon, the solidification paths were delineated and analyzed by combining microstructural characterization and phase equilibrium simulation. The μ phase precipitated out from the supersaturated solid solution, thereby nucleating massive dislocations on the FeCrCoNi matrix to increase the work hardening rate. Furthermore, the μ phase formed an ultrafine intermetallic compound (IMC) layer around the W grain, reducing the hole or crack between the W grain and FeCrCoNi matrix. Attributed to the precipitation strengthening, the solid solution of the FeCrCoNi binder, along with the load-bearing strength of W, the developed alloy achieved ultrahigh compressive stress and strain of 2047 MPa and 32% respectively at room temperature. These findings contribute valuable insights to the advancement of additive manufacturing for tungsten alloys, leveraging their excellent properties.
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