高熵合金(High-entropy alloys,HEAs)不同于传统合金只有一种主要元素的设计,如以铁元素为主的钢铁合金、以铝元素为主的铝合金,而是由多种组元元素构成的一种新型合金。高熵合金中由多种元素引起的迟滞扩散效应和严重的晶格畸变效应的特点使得它们具有优异的结构稳定性和力学性能。因此,高熵合金的发现为探索和获得传统合金难以获得的新性能提供了极好的机会。然而,其中具有面心立方结构高熵合金的强度较低,限制了其作为结构材料的应用潜力。本文首先选取CoCrFeMnNi高熵合金作为研究对象,开展了提高面心立方结构高熵合金强度和改善强度-塑性匹配关系的研究,最后开发了一种新型沉淀强化高熵合金,为优化面心立方结构高熵合金力学性能和实现工业应用提供一定的理论支撑。本工作主要研究结果如下:(1)通过冷轧和退火处理将完全再结晶的超细晶组织引入到CoCrFeMnNi高熵合金中。与严重塑性变形制备的超细晶中含有高密度位错不同,再结晶的超细晶粒内不存在位错。由于细晶强化作用,合金的强度可以得到显著提高,并且在塑性变形过程中超细晶可以有效存储位错,改善超细晶合金的应变硬化能力,实现强度-塑性的良好匹配关系。随着晶粒尺寸增加,合金变形后的组织中产生了变形孪晶,合金应变硬化能力逐渐得到改善。高熵合金的孪生行为是由临界孪生应力和流变应力之间的竞争所决定。(2)随着变形温度的降低,高熵合金的力学性能逐步得到改善,特别是超细晶高熵合金在77K温度下屈服强度达到1.24GPa、抗拉强度为1.46GPa、均匀延伸率为41%。温度的降低导致了合金变形机制的转变,由293 K下的位错主导转变为77 K下位错和孪晶共同主导。研究发现在77K～873 K范围内CoCrFeMnNi高熵合金的屈服强度和晶粒尺寸很好地符合Hall-Petch关系,并且Hall-Petch斜率和摩擦应力与温度呈负相关。此外,设计了部分再结晶结构的高熵合金,其在液氮温度下屈服强度可以达到近1.7 GPa,并且具有10.3%的均匀延伸率。(3)为了提高面心立方结构合金的强度,本文采用了不同温度预应变的方法。77 K预应变后合金的强度和塑性明显高于293 K预应变合金,这表明通过调整预应变历史可以改善合金强度-塑性匹配关系。此外,77K预应变合金的的屈服点现象消失。这些均与不同预应变历史在合金组织中留下不同缺陷相关,其中77K预应变后合金组织中存在变形孪晶和位错,而293 K预应变后合金组织中仅有位错。研究还发现不同预应变历史后合金的低温强化量不同,这是由于Hall-Petch斜率随温度的降低显著提高增强了孪晶强化效应。(4)以面心立方结构高熵合金为基础合金,通过添加Al、Ti和C元素,设计了新型沉淀强化Fe53Mn15Ni15Cr10Al4Ti2C1高熵合金。经过轧制后合金呈现出轧制条带(含有变形孪晶)、高密度位错。低温长时间热处理后合金呈现出非均匀组织,包括轧制条带、位错和大量的纳米析出相,表现出优异的强度-塑性匹配关系。合金优异的力学性能是由于组织中有与基体共格的L12型析出相起到了显著的沉淀强化作用,使得合金强度有所提高;另一方面,高密度位错得到有效回复,改善了合金的应变硬化能力。采用低温长时间热处理获得非均匀结构的析出高熵合金是设计高强高熵合金并具有优异强度-塑性匹配关系的一种有效方法。