【摘 要】
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高熵合金因其高强度,高塑性,良好热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等优秀性能,近些年成为研究人员的一个研究热点,并经过研究人员的不断努力,取得了很多重大的成功,为材料领域的取得了重大的突破,但目前仍有许多关键问题亟待解决。例如,单相体心立方（BCC）的高熵合金具有出色的屈服强度,强度表现出色,但其塑性差,流动性差等因素在实际生活中并没有得到广泛的应用;面心立方（FCC）高熵合金韧性、塑性方面表现优异,但其
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高熵合金因其高强度,高塑性,良好热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等优秀性能,近些年成为研究人员的一个研究热点,并经过研究人员的不断努力,取得了很多重大的成功,为材料领域的取得了重大的突破,但目前仍有许多关键问题亟待解决。例如,单相体心立方（BCC）的高熵合金具有出色的屈服强度,强度表现出色,但其塑性差,流动性差等因素在实际生活中并没有得到广泛的应用;面心立方（FCC）高熵合金韧性、塑性方面表现优异,但其强度一般都处于比较低的水平。本课题目标是通过元素掺杂成分设计,以一种FCC高熵合金为基体,设计出塑形和强度皆能符合使用需要的高强度高塑性高熵合金,并通过机械加工和热处理对合金的组织结构和力学性能进行进一步的改善。本课题在前人成分设计的基础上,选择具有单一FCC相结构的Al0.1Co Cr Fe Ni高熵合金作为基体成分。通过添加不同的大原子半径元素和小原子半径元素进行成分改性,研究其组织性能变化,并且分别挑选了获得的最佳力学性能的合金成分进行机械加工和热处理。通过添加Ti、Nb、Zr为代表的大原子半径置换型合金化元素,我们发现,Al0.1CoCrFeNiTix系列合金微观组织由单相FCC结构（=0,0.1）转变为FCC结构固溶体+BCC结构组织（0.1＜≤0.4）。随着Ti含量的增加,合金的强度提升,塑性有一定程度的下降。Ti01合金有着最佳的综合拉伸性能,其拉伸屈服强度为630MPa,同时其断裂时的延伸率达到了20%。Nb元素的加入均使得合金微观组织是由初始的单相FCC固溶体到亚共晶组织再到完全共晶组织最后转变为过共晶组织一个过程。在生成的共晶组织中出现了Fe2Nb型的Laves相。其中,Nb01综合性能最好,抗拉强度为620MPa,断裂时的延伸率为27%。加入Zr元素之后,合金逐渐从亚共晶结构向共晶结构转变（Zr02、Zr03）.加入少量Zr元素之后,Zr01、Zr02合金的强度有一定程度增强,其中Zr02合金的屈服强度达到了750MPa,同时,合金塑性保持十分良好,压缩率达到了50%以上,当Zr元素的含量继续增加时,Zr03、Zr04合金的强度有显著的上升,塑性有所下降,Zr03合金的屈服强度约了1000MPa,压缩变形率为34%随着C元素的添加,合金的屈服强度明显提升,C01合金的抗拉强度达到了600MPa,同时塑性依旧保持良好,伸长率达到了45%。C02合金的抗拉强度达到了790MPa,塑性有一定的下降,伸长率为22%。Al0.1CoCrFeNiC0.1在轧制后强度巨幅上升,塑性变现不好,不同温度下的退火改善了合金的塑性,并且合金的强度有一定程度的保持,其中800℃温度下的退火,合金的性能表现良好,抗拉强度为1100MPa,伸长率为12%;1200℃温度下退火,塑性提升的十分明显,伸长率达到了32%,抗拉强度为680MPa。Al0.1CoCrFeNiNiTi0.1经过冷轧、退火处理后,还生成了新的金属间化合物σ相,退火样品中组织发生了剧烈形变,并在剪切带附近首先发生局部再结晶,随着温度升高,样品中的再结晶程度也在不断升高,直至显示出了完全再结晶的等轴晶粒。同时退火过程中,合金中出现了大量的退火孪晶。经过量轧制之后,Al0.1CoCrFeNiNiTi0.1合金的强度有了巨幅提升,塑性的损失十分明显在600℃下,合金的抗拉强度反而有了小幅度的增加。随着退火温度升高,合金强度下降,塑性明显改善。AN-1200合金的抗拉强度为900MPa,断裂延伸率为40%以上。Al0.1CoCrFeNiNb0.1合金经过轧制和热处理之后的组织并没有明显变化,无新相的生成,组织稳定性良好,经过不同温度退火处理之后,在低温时,合金强度和塑性变化很小,随着温度的升高,合金的强度有所下降,塑性得到了改善。AN-1000合金的抗拉强度达到了700MPa,断裂延伸率达到了20%.
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