摘要
开发更高力学性能结构材料是材料领域的长期研究目标。传统合金的开发受限于其较低的固溶度，使其力学性能的向上突破遇到瓶颈。高熵合金是一种近年来飞速发展的新型合金体系，其具有高的构型熵，可以大幅提高合金元素的添加比例，并保持单相固溶体状态。高熵合金具有四个核心效应:热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构上的晶格畸变效应和性能上的鸡尾酒效应，使其表现出优异的结构稳定性和良好的力学性能，具有广泛应用于各个领域的潜力。然而，高熵合金也存在着金属中普遍存在的强韧性权衡问题。例如，体心立方结构的高熵合金具有较高强度，但其塑性较差，加工性能差。面心立方结构的高熵合金具有良好的塑性，但其强度通常较低。如何将高熵合金的强韧性提高至更高水平仍是该领域的长期目标和关键科学问题。 本论文选取CoCrNi系高熵合金体系作为研究对象，进行如下两个方面的研究:第一，通过轧制、热处理和旋转加速喷丸加工，在等摩尔比的CoCrNi合金中可控地引入异质结构，并基于力学性能测试结果，不断调控其成分和加工工艺，计算了背应力，并探究了背应力与异质结构之间的相关性。第二，通过成分调控，设计了AlxCoCr0.9Ni2.5合金，通过轧制和不同的热处理工艺来提高其力学性能。使用XRD、SEM、TEM等基本表征手段，探究材料的变形机理，进而为设计高强度高塑性面心立方高熵合金提供一定的理论经验。本文的研究内容及结论总结如下: （1）通过梯度晶粒异质结构的设计，有效地提高了面心立方结构CoCrNi合金的力学性能。将等摩尔比CoCrNi合金在700℃和800℃下退火1h后进行喷丸处理，获得了梯度非均质分布的微观组织，主要表现为位错、层错、形变孪晶和退火孪晶等微观晶粒结构的非均质性和纳米级缺陷的非均质性。其中采用0.5mm钢球喷丸处理的700℃退火样品，其屈服强度为850MPa,极限抗拉强度为1050MPa,断裂伸长率为30.8％。喷丸后的试样具有较高的强塑性，其强度主要来源于异质变形诱导（HDI）硬化，其塑性则由层错形成和变形孪晶引起的高应变硬化速率贡献。导致HDI硬化的根本原因可归结为拉伸过程中位错堆积、交叉滑移和变形孪晶的作用。 （2）通过化学成分调控和热处理工艺调控，设计了低堆垛层错能（SFE）的AlxCoCr0.9Ni2.5合金，并提高了其力学性能。其中，经1000℃退火1h的Al0.5CoCr0.9Ni2.5合金的拉伸屈服强度为550MPa,抗拉强度可达965MPa,延伸率为45.2％。Al0.5CoCr0.9Ni2.5合金在1000℃退火1h后，结晶度较好，L12相少量析出，晶粒中有较多的退火孪晶。由于样品较低的SFE，在拉伸过程中形成大量的层错和变形孪晶，提高了合金的加工硬化率，使其展现出较大的塑性变形。
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