【摘 要】
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高熵合金（HEAs）的出现,被认为是近几十年合金化理论的重要突破之一,其独特的合金设计理念和显著的高混合熵效应,实现了性能的可调控性,已成为全球研究的前沿热点。如何进一步通过组元搭配协调和平衡强塑性之间的矛盾,是国内外学者普遍关注的科学问题。本文以Fe Co Cr Ni系HEAs为研究对象,通过单独添加Mn元素以及Mn/Al元素搭配,调控相组成及组织结构,实现增强增韧目的;以TC4钛合金层作为强化
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高熵合金（HEAs）的出现,被认为是近几十年合金化理论的重要突破之一,其独特的合金设计理念和显著的高混合熵效应,实现了性能的可调控性,已成为全球研究的前沿热点。如何进一步通过组元搭配协调和平衡强塑性之间的矛盾,是国内外学者普遍关注的科学问题。本文以Fe Co Cr Ni系HEAs为研究对象,通过单独添加Mn元素以及Mn/Al元素搭配,调控相组成及组织结构,实现增强增韧目的;以TC4钛合金层作为强化层,与Fe Co Cr Ni系HEAs组合构筑多层异质结构,发挥互增强作用,实现仿生叠层结构设计开发。采用“球磨干混+真空热压烧结+退火”制备了（Fe Co Ni Cr）100-xMnx（x=0、12、20）HEAs。Fe Co Ni Cr HEAs由FCC相组成,（Fe Co Ni Cr）88Mn12和（Fe Co Ni Cr）80Mn20 HEAs由FCC+BCC双相构成,晶界和晶内均析出第二相。（Fe Co Ni Cr）88Mn12 HEAs经650℃退火1 h后,形成大量的退火孪晶,BCC相的织构明显。HEAs的维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性随着Mn含量的增加呈先增大后降低的趋势。Fe Co Ni Cr HEAs塑性较好,但强度较低。（Fe Co Ni Cr）88Mn12 HEAs具有最佳的综合力学性能,经650℃退火1 h后力学性能得到进一步改善,压缩屈服强度为874 MPa,极限抗压强度为1814 MPa,断裂应变为41%,弯曲强度为1574 MPa,断裂韧性为49 MPa·m1/2。Alx（Fe Co Ni Cr）88-xMn12（x=0、4、12、24）HEAs经900℃真空热压烧结后,均形成了FCC+BCC双相组织,随着Al含量的增加,BCC相增多;退火后BCC相含量减少。Al4（Fe Co Ni Cr）84Mn12HEAs具有最佳的综合力学性能,压缩屈服强度为573 MPa,极限抗压强度为1759 MPa,断裂应变为40%,其优异的力学性能归因于第二相的强化作用和Hall-Petch效应,以及BCC相中小角度晶界的调节作用。Al4（Fe Co Ni Cr）84Mn12HEAs经650℃退火1 h后,织构得以进一步优化,出现退火孪晶组织,力学性能得到改善,压缩屈服强度为741 MPa,极限抗压强度为1833 MPa,断裂应变为39%,弯曲强度为906 MPa,断裂韧性为21 MPa·m1/2。经900℃真空热压烧结后,叠层构型Fe Co Ni Cr HEAs主要由α-Ti、β-Ti及FCC相组成,叠层构型（Fe Co Ni Cr）88Mn12HEAs主要由α-Ti、β-Ti、FCC及BCC相组成。叠层构型Fe Co Ni Cr HEAs,当TC4层数为7层时,综合力学性能最好,垂直叠层结构方向,屈服强度、极限抗压强度、弯曲强度和断裂韧性分别为653 MPa、1335 MPa、773 MPa和41 MPa·m1/2,断裂应变为11%;平行叠层结构方向,屈服强度和极限抗压强度分别为730 MPa和917 MPa,断裂应变为3%。良好的界面结合效果和叠层构型实现了有效的能量耗散,对改善力学性能具有重要作用。
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