论文摘要
高熵合金的设计理念为：合金由五种或五种以上主要元素组成,每种元素的原子比在5%-35%之间。打破了传统合金以一种或者两种主要元素的限制。由于存在高熵效应,高熵合金的组织结构性能都有别于传统合金。本文应用电弧熔炼法制备了FeCoNiAlxCr（x=0.3、0.5、0.8、1.0、1.5）系和FexCoNiCuCr（x=0.2、0.5、0.8、1.0、2.0）系高熵合金。样品在不同温度下（400℃、600℃、800℃、1000℃、1200℃）保温5h后,分别以随炉冷和水淬两种方式进行冷却。同时运用XRD、OM、SEM、TEM及DSC等手段对高熵合金进行组织结构分析,并对合金进行硬度、压缩性能测试,以研究热处理对FeCoNiAlxCr系和]FexCoNiCuCr系高熵合金组织性能的影响,得到的主要结论如下：随着Al含量的增加,FeCoNiAlxCr中bcc相含量增多,合金经历了fcc→fcc+bcc→bcc的转变。合金组织从最初始界限不明显的fcc组织转换到典型的枝晶组织再过渡到等轴晶加枝晶组织。在x=0.5、0.8和1.0三种合金的组织中发现了均匀析出的有序bcc纳米粒子。随Al含量的增加合金的强度、硬度都明显增加。FeCoNiAl0.3Cr热处理后依然保持fcc结构。400-600℃热处理后,合金微观组织未发生明显变化。温度提升到800-1000℃后,合金中出现富Al、Ni的团絮状组织,1200℃热处理后,合金为单相fcc相。热处理后合金的强度明显增加,塑性很好。FeCoNiAl0.5Cr合金热处理后保持为bcc+fcc结构,微观组织依然为典型枝晶组织。合金中fcc相的比例随热处理温度增加而增加。400-600℃热处理后,合金组织未发生明显改变,但强度、硬度有所上升。800℃热处理后,合金枝晶组织中析出大量针状相,形成针状组织层,强度、硬度达到最高。1000℃热处理后,合金晶间调幅组织聚集长大,强度、硬度开始下降。1200℃热处理后,合金为简单枝晶组织,炉冷样品晶间析出球状的纳米粒子。热处理后FeCoNiAl0.8Cr保持为bcc+fcc结构,微观组织为纤维状组织和调幅组织。随着热处理温度的升高,合金中的fcc相增加。400℃和600℃热处理后,合金组织、强度、硬度未发生明显变化。800℃和1000℃时合金的纤维组织尺寸增大,合金的强度、硬度有所下降。1200℃热处理后,合金中的纤维组织尺寸变为原来的十倍左右,且炉冷样品在纤维间基体中出现调幅组织。FeCoNiAl1.0Cr合金在600℃以下热处理后为bcc结构,显微组织未发现明显改变,强度硬度有所上升。800℃和1000℃时,合金中出现fcc相,并随着温度的增加而增多,晶界周围聚集短棒状组织,调幅组织尺寸增大,强度、硬度下降。1200℃热处理后,晶界周围出现网状组织,炉冷样品出现调幅组织。同时,透射电镜结果证明,合金显微组织的长条状析出物为有序bcc结构,短棒状粒子为fcc结构,基体为bcc结构。热处理后FeCoNiAl1.5Cr的低倍显微组织为发达的枝晶组织,纯bcc结构,硬度较高,塑性很差。800℃以下热处理时合金的显微组织并未明显改变,强度、硬度略有上升。1000℃热处理后,晶界周围析出纳米球状组织,强度、硬度有所下降。1200℃时晶界周围出现网状组织,炉冷样品网状组织周围纳米球状组织析出,水淬样品未出现。热处理后,FexCoNiCuCr合金保持两相fcc结构。800℃以下热处理后,合金微观组织未明显改变。1000℃时,合金的枝晶组织中析出球状纳米粒子。1200℃热处理后,合金的枝晶组织中出现微米级球状相,且合金Fe含量越高,其尺寸越小,分布越均匀。合金硬度随热处理温度的提高而下降,1000℃热处理后合金的硬度最小。两组合金在400℃和600℃处理之后的显微组织并未发生很大的改变,强度、硬度有一定增加,说明合金有较好的高温稳定性。