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铝及铝合金由于其具有密度低、耐蚀性好、比强度高以及优良的导电导热等性能,被广泛应用于航空、航天、汽车和电子器件等领域。随着科技的发展,对其后续加工性能提出了更高的要求,而均匀细小的等轴晶组织能够消除铸件组织的各向异性,同时抑制裂纹的扩展,从而提高铸锭的综合力学性能。因此,铝及其合金晶粒细化的研究一直受到材料研究者的广泛关注。本文以工业纯铝和亚共晶Al-7Si合金为研究对象,研究了不同Ti元素含量的AlCoCrFeNiTix(x=0.0,0.5,1.0)高熵合金对纯铝组织和力学性能的影响,探究了高熵合金对α-Al晶粒的细化机理,明晰了合金中微观组织演变和力学性能之间的关系。同时研究了 AlCoCrFeNiTi合金对Al-7Si合金微观组织及力学性能的影响,探究了其对Si相的细化机制。得出以下结论:(1)当AlCoCrFeNiTi合金添加到纯铝中时,纯铝中粗大的α-Al柱状晶组织被细化为细小的等轴晶。高熵合金含量越高,α-Al晶粒越细小。细化后的试样中形成了 Al3Ti、Al3Ni 以及具有 BCC结构的致密纳米AlFeCoNi相,这些金属间化合物的形成能够显著增强合金的屈服强度和抗拉强度。并且随着AlCoCrFeNiTi合金含量的增加,纳米相的平均长度从2568nm增加到6907nm,而平均直径从102nm减小到92nm。与纯铝相比,当 AlCoCrFeNiTi合金的添加量增加到 3.0wt.%时,抗拉强度从62MPa增加到152MPa,增加了 145%,屈服强度从42MPa增加到115MPa,增加了 174%,但延伸率从39%减到26%,减少了 3 3%。(2)当在纯铝中加入AlCoCrFeNiTi0.5合金后,纯铝中粗大的α-Al柱状晶组织被细化为细小均匀的等轴枝晶,其晶粒细化效果弱于AlCoCrFeNiTi合金。在细化后的试样中形成了含有Al、Co、Fe、Ni以及少量Cr元素的致密的纳米相,纳米相端部的Ni元素含量较高,中间部位较低。当AlCoCrFeNiTi0.5合金的添加量增加到3.0wt.%时,抗拉强度增加到157MPa,延伸率减小到24%。(3)AlCoCrFeNi合金添加到纯铝中可以将α-Al晶粒细化成均匀分布的细小柱状晶组织,且这种 α-Al组织的生长方向与热流方向相反。当3.0wt.%的高熵合金添加纯铝熔体中时,α-Al柱状晶的平均长度为35 μm,平均宽度为7μm,试样的抗拉强度提高到147MPa,延伸率降低到18%。(4)另外,在Al-7Si合金中添加AlCoCrFeNiTi合金能够有效细化合金中的共晶硅和α-Al晶粒,。当添加0.2wt.%的AlCoCrFeNiTi合金时,Al-7Si合金中α-Al晶粒尺寸显著减小,晶粒形貌趋于圆整,二次枝晶臂间距从26μm减小到20μm,减小了 2.3%。共晶硅的形态从粗大的长针状变为细小的短棒状和颗粒状,其平均长度从7.98μm减小到2.94μm,减小了 63%。此外,细化后的试样中形成了大小约为3.5 μm的富Fe的金属间化合物,其中主要含有Al、Si、Co、Fe、Ni元素以及少量的Cr和Ti元素,这种金属间化合物分布于Si/Al界面,严重阻碍了 Si相的生长。合金的抗拉强度从 168MPa增加到 195MPa增长了 16.07%,而延伸率从12.1%增加到 18.3%增长了 51.24%。