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高熵合金是由多种主要组成元素共同构成的新型合金材料,具有传统合金无法比拟的优异特性,如高塑性、耐高温性、耐磨性、耐腐蚀性等。FeCoNiCrMn系高熵合金是最早被提出的具有单相FCC结构的高熵合金,从室温到液氮温度可以一直保持优异的塑性和断裂韧性。但是,该合金含有价格昂贵的Co元素,而且其室温屈服强度较低,甚至不足200 MPa,严重制约其作为结构材料的应用和发展。本课题以不含Co的FeCrNiMn高熵合金为对象,研究了冷却速度、热处理和Si元素对其组织结构和性能的影响,为开发价格低廉、综合力学性能优良的新型高熵合金提供指导。利用陶模（熔模铸造）和铜模（金属型铸造）浇铸得到不同冷却速度的FeCrNiMn高熵合金试样,研究冷却速度对该合金组织结构及力学性能的影响,结果表明:不同的冷却速度下,合金均为单相FCC固溶体,组织均呈现树枝晶形貌,树枝晶区域Cr、Fe元素含量较高,枝晶间区域四种元素含量均接近于理论值。提高冷却速度后,晶粒细化,偏析改善,合金的力学性能也有所提升。与低冷却速度下浇铸的合金试样相比,高冷却速度下浇铸的合金试样中树枝晶尺寸由200～250μm减小到100～150μm,树枝晶区域Cr元素的含量由50.96 at.%减少到38.28 at.%;合金的屈服强度由269 MPa提高到313 MPa,提高了16%,伸长率由36.1%减小到了34.9%,仅下降了3%。该组试验证实了提高合金凝固时的冷却速度是强化FeCrNiMn高熵合金的有效手段。对熔模铸造的FeCrNiMn高熵合金进行700～1100℃的热处理,研究热处理工艺对该合金组织结构和力学性能的影响,结果表明:与铸态的FeCrNiMn高熵合金相比,热处理后合金中枝晶普遍减小,有点状富Mn和富Ni相在枝晶间析出,合金的综合力学性能普遍提高。并且,随着热处理温度的升高,枝晶尺寸不断减小,富Mn和富Ni相不断增多,合金的强度和塑性不断提高。700℃、900℃、1100℃下热处理后,枝晶尺寸由铸态合金的200～250μm分别减小至150～200μm、50～100μm、3～10μm;新析出的点状富Mn和富Ni相体积不断增多,特别是在1100℃下热处理后,该相呈田埂状排布于基体中;合金的屈服强度分别为339 MPa、365 MPa、398 MPa,比铸态合金分别提高了26%、35%和47%;合金的伸长率分别为37.8%、49.6%、60.2%,比铸态合金分别提高了5%、37%和67%。该组试验证实了热处理是强化FeCrNiMn高熵合金的有效手段,特别是在1100℃下进行热处理后,合金的强度和塑性均约提升为铸态的1.5倍。采用陶模（熔模铸造）浇铸得到FeCrNiMn Si0.3高熵合金,并在700～1100℃下对该合金进行热处理,研究Si元素对FeCrNiMn高熵合金组织结构和力学性能的影响,结果表明:在FeCrNiMn高熵合金中添加Si元素后,合金中的树枝晶转变为等轴枝晶,并且等轴枝晶区域有富Cr和富Fe相析出,枝晶间区域有Mn3Ni2Si、Mn6Ni16Si7等化合物析出,合金的强度和耐蚀性能均有提高,但FeCrNiMn Si0.3合金的伸长率仅为1.5%。在700℃～1100℃下热处理后,FeCrNiMn Si0.3高熵合金的脆性没有得到明显改善,是由于合金中造成脆性的Mn3Ni2Si等化合物相在热处理中并未完全消除。尽管如此,试验还是证实了热处理能够有效消除造成脆性的Mn3Ni2Si和Mn6Ni16Si7等化合物相,并且随着热处理温度的升高,该相不断减少。该组试验说明了Si元素的添加并不是强化FeCrNiMn高熵合金的优异手段,尽管提高了合金强度,但也导致合金脆化,但通过进一步调整热处理工艺,有望改善FeCrNiMn Si0.3高熵合金的脆性。