高熵合金设计是一种全新的合金设计理念,与传统合金不同,高熵合金是采用五元或以上的合金元素作为主元以一定配比制备而成的合金。迄今为止,高熵合金研究多集中于CoCrFeNi体系,而研究难熔性元素的高熵合金很少,并且目前关于高熵合金设计多为等摩尔设计,其设计思路有待进一步完善。为开发新型高温结构材料,本文以高熵合金形成判据及价电子参数指导难熔高熵合金的成分设计,选择ZrTiHfVNb难熔高熵合金体系作为合金研究对象,以真空电弧熔炼技术制备合金,并通过向其中添加金属元素Mo、Ta或非金属元素C、O来调整合金性能,同时对其显微组织结构及力学性能进行分析研究。研究结果表明:ZrTiHfV_0.5Nb_0.5、ZrTiHfV_0.5Nb_0.5Mo_x及ZrTiHfV_0.5Nb_0.5Ta_x合金均为单一的BCC固溶体相结构,与成分设计时预测一致;其微观组织表现为树枝晶。通过控制价电子参数设计的ZrTiHfV_0.5Nb_0.5合金拉伸的断后伸长率达到9.6%,抗拉强度达到520MPa,静态压缩屈服强度达到902MPa,但高温强度较低,在700℃下的抗压强度只有337MPa;在控制价电子参数条件下添加Mo、Ta元素进行固溶强化,ZrTiHfV_0.5Nb_0.5Mo_0.5合金静态压缩屈服强度提高到1225MPa,压缩塑性大于40%,在700℃下仍保持有876MPa的抗压强度,但拉伸性能较差;ZrTiHfV_0.5Nb_0.5Ta_0.5的静态压缩屈服强度提高到1002MPa,700℃下抗压强度提高到545MPa,抗拉强度提高到770MPa,由于添加Ta导致的晶格畸变程度小并有价电子参数VEC约束,其仍具有8.6%的断后伸长率。ZrTiHfV_0.5Nb_0.5C_x合金为BCC固溶体相和HfC相组成,而ZrTiHfV_0.5Nb_0.5O_x合金为BCC固溶体相。与ZrTiHfV_0.5Nb_0.5相比,ZrTiHfV_0.5Nb_0.5C_x合金硬度、强度、高温强度基本无明显变化,其静态压缩塑性应变均大于40%。ZrTiHfV_0.5Nb_0.5O_x合金的强度、硬度随O含量增加而明显增加,塑性明显下降;其中ZrTiHfV_0.5Nb_0.5O_0.08的屈服强度达到1287MPa,塑性在40%以上,综合性能较好;ZrTiHfV_0.5Nb_0.5O_x合金高温强度有明显提高,其中ZrTiHfV_0.5Nb_0.5O_0.16合金在700℃下的强度仍有582MPa。