【摘 要】
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高熵合金是一种多组元合金,因其优异的综合力学性能成为航天航空发动机、坦克防护装甲等核心部件的潜在候选材料。与传统合金相比,多组元这种特殊设计导致的晶格畸变会显著增加高熵合金强度,然而随之带来其塑性的降低,Co Cr Fe Ni Mo系高熵合金由于高的强塑性,高温强度及耐腐蚀等性能有望成为下一代热端部件材料,得到了广泛的研究与关注,大量研究表明通过微合金化以及各种形变热处理工艺可以提高其强韧性,如(
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高熵合金是一种多组元合金,因其优异的综合力学性能成为航天航空发动机、坦克防护装甲等核心部件的潜在候选材料。与传统合金相比,多组元这种特殊设计导致的晶格畸变会显著增加高熵合金强度,然而随之带来其塑性的降低,Co Cr Fe Ni Mo系高熵合金由于高的强塑性,高温强度及耐腐蚀等性能有望成为下一代热端部件材料,得到了广泛的研究与关注,大量研究表明通过微合金化以及各种形变热处理工艺可以提高其强韧性,如(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金抗拉强度和塑性分别达到825MPa、75%,为进一步提高其强韧性,本课题对(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5轧制热处理工艺进行调控,研究了固溶、轧制、退火、热轧的方式对(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金结构以及性能所产生的影响,利用X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射式电子显微镜（TEM）以及电子背散射衍射技术（EBSD）等来进行分析,研究了堆垛层错能、孪晶形成和相变微观组织演变等强韧化机理。得到的主要结论如下:温轧态(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金均能保持FCC单相结构,当对(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金进行温轧处理时,可以看到该高熵合金会形成纳米级的超细微结构,这种超细微结构由分布卷缩在一起,随着温轧温度的上升,逐渐分布均匀,当对(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金进行500℃温轧时,该高熵合金的性能达到最佳,屈服强度、抗拉强度与延伸率分别为1501MPa、1858MPa、9.5%,其变形机制以相变诱导塑性变形机制为主,孪晶诱导塑性为辅。低温退火态的(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金为单相FCC结构,其板材位错重新排列会形成一些位错密度较低的区域。随着退火温度的增加位错逐渐缠结形成胞状组织,其他大部分位错密度大幅度降低,这种胞状组织对晶界运动形成钉扎作用。当温度继续升高时,位错软化,位错缠结成胞状的组织被释放,钉扎作用被大幅度降低。该高熵合金的屈服强度与抗拉强度随着退火温度的升高先增加后减小。当退火温度为500℃后合金屈服强度与抗拉强度同时提高至2046MPa、2244MPa,展现出优异的超高强度,随着温度的进一步升高,高熵合金再结晶区域逐渐变多,直至750℃10min退火时出现完全再结晶,并且伴随着M23C6型碳化物析出相的产生,当对合金进行750℃退火10min时,屈服强度、抗拉强度、延伸率均达到了较高的水平,依次是927MPa、1211MPa、42.1%,此时达到了最优的力学性能,并展现出优异的强韧性。在对(Co40Cr25Fe16Ni16Mo3)99.5C0.5高熵合金进行800℃10min高温退火,合金组织由细小的再结晶晶粒以及未完全回复的变形晶粒组成,合金屈服强度有1052MPa的同时仍保持有35%的延伸率,非均匀结构使得该高熵合金展现出优异的力学性能,随着退火温度的升高,各高熵合金的平均尺寸在不断增加,晶粒异常长大的区域中HCP相体积分数、析出相均持续减少。当退火温度继续升高至1100℃时,该高熵合金的组织由均匀的等轴晶晶粒与退火孪晶组成。在1200℃退火10min时,该高熵合金出现了90.3%的超强塑性。
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