摘要
高熵合金的设计理念诞生于本世纪初，是指由多种元素近等原子比或等原子比组成的以简单固溶体相为主的一类合金。基于高熵合金的设计思路，由高熔点元素组合而成的难熔高熵合金高温性能优异，已经成为高温合金领域的研究热点。由于组成元素的特殊性，难熔高熵合金基本都是体心立方结构，所以合金的室温脆性在一定程度上限制了其进一步的应用。另外，随着工程领域对材料的服役环境要求愈发严苛，对难熔高熵合金体系的开发除了着眼于高温力学性能之外，对合金体系在高速冲击载荷下的力学性能也需要格外关注。因此，对室温塑性难熔高熵合金的开发以及开展动态力学性能的研究具有重大意义。 本文依据价电子浓度（VEC）韧-脆转变理论，设计了TiZrHfNbTa(Mo,V)x难熔高熵合金系，研究了合金系的铸态微观组织结构、室温压缩和拉伸性能、固溶强化机制以及动态力学行为。研究结果如下： （1）五种难熔高熵合金在铸态下均为体心立方结构的单相固溶体，合金系存在元素偏析，高熔点元素和低熔点元素分别在枝晶和枝晶间富集。在室温准静态压缩下，五种合金的真实压缩应变均高达50%，其中含Mo元素合金系的屈服强度均高于含有V元素的合金系。五种合金的VEC值均在4.5附近波动，且随着VEC的提高，硬度和屈服强度都随之提高。研究发现，采用一定量的Mo元素替代V元素能起到既提高屈服强度又保持合金塑性的作用；通过实验对比研究发现VEC韧-脆转变理论的阈值并不绝对是4.5。对比TiZrHfNbTaV0.5难熔高熵合金冷轧前后的拉伸性能，发现轧制后的合金强度塑性都增加，其主要原因是轧制对铸造孔隙作用的抑制。 （2）在室温动态冲击下，TiZrHfNbTaMox难熔高熵合金的屈服强度相较室温准静态提高了30%左右，且呈现出正的应变速率敏感性。在较宽应变速率下，正的应变速率敏感性与位错热激活机制的作用程度密切相关。与准静态相比，动态冲击下合金内部的粘度陡增，使得位错运动受阻程度增大，从而形成更严重的位错塞积和更高的位错密度。由于单相FCC高熵合金与单相BCC高熵合金结构的不同，在高应变速率下除了形成高密度位错外，FCC高熵合金还会有孪晶的激活，因此FCC高熵合金在动态下具有更强的加工硬化能力。 （3）采用固溶强化模型，很好地预测了TiZrHfNbTa(Mo,V)x系难熔高熵合金的室温准静态屈服强度和维氏硬度。对于室温动态力学行为，Johnson-Cook本构模型较好地预测了合金在动态冲击下的流变应力；Zerilli-Armstrong半经验模型很好地预测了合金的宏观屈服行为。
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