FeCoNiCrAl 系高熵合金強(qiáng)度和塑性研究綜述

隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)材料性能要求的不斷提升，傳統(tǒng)合金已難以滿足多樣化需求。高熵合金作為一種新興材料，通過組合多種元素（不少于5種，各元素摩爾分?jǐn)?shù)在5%~35%），形成了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)異性能的新型合金。其中，F(xiàn)eCoNiCrAl系高熵合金因其高綜合力學(xué)性能和一定的抗高速剪切能力，在航空航天、防撞吸能裝置及裝甲材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

然而，高熵合金的切削性能研究尚不充分，限制了其工程應(yīng)用的進(jìn)一步拓展。因此，本文旨在綜述熱處理工藝、元素配比及制備工藝對(duì)FeCoNiCrAl系高熵合金塑性和強(qiáng)度的影響，為合金材料的設(shè)計(jì)及切削加工提供理論支撐。

退火是高熵合金中常用的熱處理方式之一，通過高溫加熱后緩慢冷卻，可顯著改善合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。研究表明，退火溫度、保溫時(shí)間及冷卻方式對(duì)合金的塑性和強(qiáng)度具有顯著影響。在600℃~700℃范圍內(nèi)進(jìn)行均勻化退火，能有效抑制基體晶粒的過度長(zhǎng)大，同時(shí)形成體心立方B2相與L12有序結(jié)構(gòu)，使合金的硬度提升至處理前的數(shù)倍，且兼具良好的強(qiáng)度和塑性。然而，當(dāng)退火溫度過高（如800℃）時(shí)，易導(dǎo)致晶界處裂紋擴(kuò)展，使合金的塑性變差。因此，選擇合適的退火溫度和冷卻方式是優(yōu)化合金切削性能的關(guān)鍵。

淬火通過快速冷卻使合金獲得較高的硬度和強(qiáng)度，但塑性和韌性會(huì)有所降低。不同淬火溫度下，合金的力學(xué)性能變化顯著。例如，在500℃~1000℃范圍內(nèi)進(jìn)行淬火處理時(shí)，隨著淬火溫度的升高，合金的強(qiáng)度逐漸下降而塑性增加。然而，過高的淬火溫度（如1200℃）會(huì)導(dǎo)致合金的強(qiáng)度和塑性同時(shí)降低。時(shí)效處理則是在一定溫度下保持合金的形狀和尺寸穩(wěn)定，通過內(nèi)部組織的時(shí)效變化來改善合金的性能。隨著時(shí)效溫度的升高，合金的強(qiáng)度逐漸增加，但塑性則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

FeCoNiCrAl系高熵合金的性能受各元素比例的顯著影響。其中，Al元素的增加可提高合金的強(qiáng)度但降低塑性。當(dāng)Al含量超過一定臨界值時(shí)（如0.45），F(xiàn)CC相開始轉(zhuǎn)化為BCC相，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能發(fā)生顯著變化。

此外，Cr元素的增加同樣能提高合金的強(qiáng)度并降低塑性，這主要是由于Cr氧化物的形成增強(qiáng)了合金的硬度和耐磨性。Ni元素的增加則使合金的強(qiáng)度降低而塑性增加，因?yàn)镹i的添加會(huì)促進(jìn)合金由B2+BCC相向B2+BCC+FCC相混合的轉(zhuǎn)變。Co元素對(duì)合金性能的影響較為復(fù)雜，其影響效果取決于具體的含量范圍。Fe元素作為合金的主要組分之一，其含量變化對(duì)力學(xué)性能的影響相對(duì)較小，但會(huì)影響合金的相結(jié)構(gòu)變化。

除了主要元素外，向FeCoNiCrAl系高熵合金中添加其他微量組元（如Ti、V、Nb、Mo、Si等）也能顯著改善合金的力學(xué)性能。這些元素的添加通常能提高合金的強(qiáng)度并降低塑性。相比之下，添加Ni和C等元素則會(huì)使合金的強(qiáng)度降低而塑性增加。因此，通過精確控制合金中各組元的含量和比例，可以實(shí)現(xiàn)合金力學(xué)性能的定制化調(diào)控。

綜上所述，通過優(yōu)化熱處理工藝、調(diào)整合金元素配比及改進(jìn)制備工藝，可以顯著改善FeCoNiCrAl系高熵合金的塑性和強(qiáng)度。具體而言，合理的退火溫度、保溫時(shí)間及冷卻方式能夠有效提升合金的切削性能；而精確控制合金中各組元的含量和比例則能實(shí)現(xiàn)合金力學(xué)性能的定制化調(diào)控。

【FeCoNiCrAl 系高熵合金強(qiáng)度和塑性研究綜述】

李昀峰，張克國(guó)，焦仁杰，李彬

CHENG FENG

CHENG FENG

FeCoNiCrAl高熵合金是由五種等摩爾比的元素構(gòu)成，能夠表現(xiàn)出傳統(tǒng)合金所不具備的高強(qiáng)度，高耐磨，高耐腐蝕能力。

可用于選區(qū)激光熔化（SLM）、電子束熔融（EBM）、激光直接沉積（DLD）、粉末冶金（PM）、注射成型（MIM），激光熔覆（Laser Cladding）等工藝。