摘要
高熵合金是一种突破了传统合金设计理念的一种新型合金，并凭借着多元素的混合获得了一些独特性能，如晶格畸变与高熵效应，这也使高熵合金与传统合金性能方面有很大区别，其中FeNiCoAlX系高熵合金因其出色的强韧性，具备极大的应用潜力，逐渐被人们所重视。 本文基于FeNiCoAl系高熵合金，调整Al和Ti的含量，制备了Fe42.5-xNi30Co22.5AlxTi5(x=5,6,7,8,9和10)、Fe42.5-xNi30Co22.5Al5Tix(x=0,1,3和5)高熵合金。利用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)、显微硬度计以及万能电子试验机等手段，分别研究了固溶温度与时间、时效温度与时间、Al元素含量、Ti元素含量以及纳米沉淀与马氏体相变对高熵合金的组织以及力学性能的影响。 (1)Fe37.5Ni30Co22.5Al5Ti5高熵合金在不同温度固溶时会获得不同的晶体结构，其中当合金在1050℃～1150℃温度之间固溶处理时，合金试样为FCC+BCC双相结构，FCC为基体相，BCC为B2-β(NiAl)相组成，且在该温度范围内，固溶时间的长短会导致合金部分区域形成异质结构，提升合金强度;固溶温度上升至1200℃时，β相消失，合金为FCC单相结构。此外，合金在不同时效温度下的显微结构与力学性能表现也不同，其中600℃～750℃的样品塑性未超过20％,合金断口形貌也多为脆性断口形貌，在800℃时效样品中，韧性断裂占主导地位。此外，合金时效后析出L12与β相，晶体结构都为FCC+BCC双相结构。 (2)通过对Fe42.5-xNi30Co22.5AlxTi5合金体系Al元素含量的调节可发现，Al5-Al10元素的改变对该合金的相组成几乎不存在影响，时效前合金均为FCC单相，时效后为FCC+BCC双相，其中BCC相为β相，Al5Ti5时效态合金试样拉伸后出现了马氏体衍射峰。当Al元素含量增为10at％时会出现明显的晶粒细化现象，晶粒尺寸由300μm骤降到45μm。此外，Al元素含量还对合金屈服强度增值有一定影响，其中，Al5Ti5时效态合金试样的屈服强度增值最大，而Al7Ti5时效态试样合金的屈服强度增值最小。此外，Al5Ti5时效后发生再结晶过程，同时β相抑制晶粒长大使晶粒明显细化，试样晶粒尺寸明显减小。 (3)通过对Fe42.5-xNi30Co22.5Al5Tix合金体系Ti元素含量的调节可发现,Ti元素含量改变与Al元素相比，前者对沉淀相的析出有更明显的影响，其中随着Ti含量增加，合金的硬度与强度呈现出先降低后升高的趋势，当Ti元素含量增加到3at％时，合金时效后强度变化明显，屈服强度由390MPa提升至910MPa,即出现明显的析出相强化，但随着时效时间的增加，屈服强度的下降也十分明显;Al5Ti5时效态合金试样在沉淀相与马氏体相变的共同作用下力学性能最为优异，时效峰对应试样屈服强度为1094MPa,塑性为38％。剪切强化机制中的晶界强化、有序强化、共格强化、失配强化贡献强度，在变形过程中发生相变，保持了可观的塑性。其中，强化析出相为L12(Ni3Al、Ni3Ti)。
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