【摘 要】
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本文通过改变Co-Cr-Fe-Ni系高熵合金中Fe和Cr的比例,选出Co Cr3Fe5Ni作为强韧化研究的基体,并采用分子动力学模拟的方法研究了冷却速度对Co Cr3Fe5Ni凝固相结构的影响以及300K温度下的拉伸过程。系统研究了合金元素C、Al、V、Ti和Y对Co Cr3Fe5Ni高熵合金相结构组成、微观组织以及力学性能的影响,阐明了高熵合金组织与性能随成分变化的规律,阐述了合金元素对高熵合金
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本文通过改变Co-Cr-Fe-Ni系高熵合金中Fe和Cr的比例,选出Co Cr3Fe5Ni作为强韧化研究的基体,并采用分子动力学模拟的方法研究了冷却速度对Co Cr3Fe5Ni凝固相结构的影响以及300K温度下的拉伸过程。系统研究了合金元素C、Al、V、Ti和Y对Co Cr3Fe5Ni高熵合金相结构组成、微观组织以及力学性能的影响,阐明了高熵合金组织与性能随成分变化的规律,阐述了合金元素对高熵合金增强增韧的机理。此外,在Co Cr3Fe5Ni高熵合金的基础上,通过原位反应生成了Ti C、Si C及Nb C等含碳陶瓷颗粒相,研究了这些陶瓷颗粒相对基体微观组织及力学性能的影响,并讨论了增强机制。主要结果如下:根据熵的定义计算Co CrxFe8-xNi（x=1,2,3,4）高熵合金的混合熵和电负性规律,倾向于形成稳定的固溶体相,属于高熵合金范畴。Cr和Fe的比例对Co CrxFe8-xNi结构有重要影响,其中Co Cr3Fe5Ni具有FCC+BCC双相结构,且抗拉强度及延展性较好,具有良好的综合性能,选做本课题研究的基体。对Co Cr3Fe5Ni凝固过程进行了分子动力学模拟。观察其相结构可得Co Cr3Fe5Ni高熵合金以FCC为主导,并含有少量HCP和BCC结构,与实验结果相近。在300 K温度下对Co Cr3Fe5Ni高熵合金进行了拉伸过程模拟,对原子尺度的拉伸断裂过程进行了表征。研究了C、Al、V、Ti和Y对Co Cr3Fe5Ni高熵合金相结构组成、微观组织以及力学性能的影响。随着C原子的加入,晶体结构变为FCC结构,并且在生成的共晶组织中,层片状的M23C6碳化物与FCC相完全共格,达到了增强增韧目的。而添加Al、V、Ti元素都会增加BCC相的比例,微观组织变为独特的层片状结构的魏氏组织,强度提高但塑性降低。同时添加Y和Al元素的Y0.01Al0.4Co Cr3Fe5Ni析出了纳米相,产生优异的抗拉强度（1002.5 MPa）和延伸率（25.9%）。研究了冷却条件对Ti C增强CoCrFeNi基复合材料的微观结构和力学性能的影响。在缓慢冷却时,在晶界处形成棒状Ti C;在快速冷却时,Ti C在晶界和基体内均匀分布,随着Ti C体积分数的增加,试样的硬度和极限抗拉强度均稳步提高,但延伸率下降。在Co Cr3Fe5Ni基体中,通过原位反应生成了Ti C、Si C及Nb C这些含碳陶瓷颗粒相,由于Ti-C、Si-C和Nb-C体系中的一部分C元素固溶进基体中,导致基体由FCC/BCC双相结构转变为FCC相。这些增强体颗粒能够提高Co Cr3Fe5Ni高熵合金的强度,但会牺牲塑性。同时添加Ti C和Nb C,会使（Nb,Ti）C颗粒通过原位反应引入Co Cr3Fe5Ni合金中。（Nb,Ti）C在生长过程中是基于Ti C或Nb C的固溶体,Ti C和Nb C都可以作为（Nb,Ti）C碳化物的形核中心。
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