【摘 要】
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高熵合金是一类由多种主要元素共同组成的新型金属材料,因其独特的结构在国内外获得广泛的关注。单相面心立方型高熵合金具有优异的韧塑性,但其屈服强度不足,限制了其应用。析出强化是提高高熵合金屈服强度的一种非常有效的机制,细小且与基体共格或半共格的高密度L12相是析出强化效果提升的关键。L12析出相的高温热稳定性对高熵合金工程应用有重要意义,但目前影响析出相热稳定性的内在机制尚不清楚。此外,目前报道的析出
【基金项目】
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国家自然科学基金（51701061）；
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高熵合金是一类由多种主要元素共同组成的新型金属材料,因其独特的结构在国内外获得广泛的关注。单相面心立方型高熵合金具有优异的韧塑性,但其屈服强度不足,限制了其应用。析出强化是提高高熵合金屈服强度的一种非常有效的机制,细小且与基体共格或半共格的高密度L12相是析出强化效果提升的关键。L12析出相的高温热稳定性对高熵合金工程应用有重要意义,但目前影响析出相热稳定性的内在机制尚不清楚。此外,目前报道的析出强化型高熵合金体系的母合金主要为等原子比TWIP型合金,而TRIP型母合金对于高熵合金的析出行为及强化与塑性变形机制的影响尚不清楚。针对以上问题,本课题设计制备了（Co CrxNi）94Al3Ti3和(Co35Cr25Fe40-xNix)94Al3Ti3合金,系统研究了析出相演化过程、合金元素扩散行为、拉伸性能、塑性变形行为,揭示了析出相的粗化机制和合金的强韧化机理。本论文首先研究了L12相析出动力学的影响因素,由于Cr元素在L12相中的溶解度很低,设计了具有不同Cr含量的L12纳米颗粒强化（Co CrxNi）94Al3Ti3（x=0.1、0.2和0.4）合金来调查Cr元素对高熵合金析出相热稳定性的影响。结果表明,随着Cr含量的增加,L12相与FCC相之间的Cr浓度梯度明显升高,750℃时效处理时,L12纳米相的粗化速率从1.84×10-28 m~3/s降低到3.66×10-29 m~3/s,Cr元素抑制了析出相的粗化。高Cr含量合金在较宽时效时间内硬度较高,抑制了硬度的过时效退化。其次研究了TRIP型母合金对于高熵合金的析出行为及强化与塑性变形机制的影响,由于Ni元素显著影响面心立方高熵合金的稳定性,通过调节Ni元素含量研究Ti、Al添加对于TRIP-Co35Cr25Fe40-xNix（x=5和14）合金的析出行为及强塑性机制的影响。结果表明,800℃时效处理时,(Co35Cr25Fe35Ni5)94Al3Ti3合金仅形成了L21-Heusler相,(Co35Cr25Fe26Ni14)94Al3Ti3合金形成了Heusler相和L12相。(Co35Cr25Fe26Ni14)94Al3Ti3合金的屈服强度大幅度提高。(Co35Cr25Fe35Ni5)94Al3Ti3和(Co35Cr25Fe26Ni14)94Al3Ti3合金在拉伸过程中没有发生马氏体相变,分别在变形组织中观察到形变孪晶和层错。随着时效时间的增加,Heusler相颗粒的生长导致位错穿过晶界的难度增加,在晶界析出相附近的位错堆积导致应力集中,使得(Co35Cr25Fe40-xNix)94Al3Ti3合金塑性下降。进一步根据“位错绕过障碍物机制（Orowan机制）”和“位错切割粒子机制”两种机制计算了不同析出相对(Co35Cr25Fe40-xNix)94Al3Ti3合金屈服强度的贡献。其中Heusler相对合金的屈服强度增量为44 MPa,而L12相对合金屈服强度增量为219 MPa。L12相对屈服强度的贡献要远高于Heusler相。
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