摘要
开发兼具高强度和良好延展性的金属材料是现代工程应用中长期以来具有挑战性的目标。高熵合金是 21 世纪新提出的一种不同于传统合金设计理念的新型合金，多种元素混合的特点使其具有优良的性能，因而在工程应用领域具有较大的开发潜力。中熵合金是高熵合金概念提出后，在其基础上细化出的一个分支，中熵合金的混合熵较高熵合金低一些，主元素数目较少。其中，CrCoNi 中熵合金具有良好的韧性，这为获得高强度合金提供了较大的塑性牺牲空间，因此，本论文选取 CrCoNi中熵合金进行研究，采用传统的合金强化方式，制备强塑性平衡的合金材料。 本论文首先制备了CrCoNi原始中熵合金、(CrCoNi)97AlxTi3-x(x=1.0，1.5，2.0)以及(CrCoNi)94Al3.0Ti3.0共 5 种中熵合金，制备方法为真空电弧熔炼法。然后采用 XRD、SEM、力学万能试验机和霍普金森杆系统等实验设备对材料进行了分析、表征和力学性能测试，研究不同Al元素和Ti元素含量比值对CrCoNi中熵合金晶粒组织和强塑性的影响；其次，采用多道次冷轧工艺得到了厚度大约12.5mm的(CrCoNi)97Al1.0Ti2.0中熵合金薄板；最后，设计了多种温度对轧态合金进行热处理；研究冷轧塑性变形及退火热处理对(CrCoNi)97Al1.0Ti2.0中熵合金晶粒组织和强塑性的影响。 实验结果表明，同时微量掺杂Al、Ti元素后，铸态(CrCoNi)97AlxTi3-x(x=1.0，1.5， 2.0)以及(CrCoNi)94Al3.0Ti3.0中熵合金的相结构仍为面心立方（FCC）结构，而合金的屈服强度和延伸率均与原始CrCoNi中熵合金产生差异。其中，(CrCoNi)97Al1.0Ti2.0中熵合金的强度相较于CrCoNi原始中熵合金只降低9.4%，而塑性延伸率则由60.2%大幅度提高至 81.4%，增加了 35%。轧态(CrCoNi)97Al1.0Ti2.0中熵合金加工硬化现象明显，强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，经过 800℃-900℃温度区间退火热处理的轧态合金出现了大量的L12第二相。其中，经850℃退火热处理1h的轧态(CrCoNi)97Al1.0Ti2.0中熵合金综合性能较优，其抗拉强度为 1106MPa 而延伸率达到 33.5%。霍普金森杆动态冲击力学性能测试实验发现，CrCoNi 基中熵合金在中高应变率下，其压缩屈服强度均比准静态下压缩屈服强度高100MPa左右。 最终，本论文通过掺杂Al、Ti合金元素，为CrCoNi中熵合金产生共格析出相提供了有效元素成分，并结合冷变形及热处理的方式得到了一种强度和延伸率良好结合的CrCoNi基中熵合金。
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