沉淀強(qiáng)化對CoCrFeNiTi0.2多相高熵合金動態(tài)力學(xué)性能的影響

高熵合金（HEAs）以其獨(dú)特的合金設(shè)計理念——近等摩爾比、多主元組成，展現(xiàn)出了不同于傳統(tǒng)合金的雞尾酒效應(yīng)，為合金性能的優(yōu)化提供了新途徑。然而，對于具有多相結(jié)構(gòu)的高熵合金，其在動態(tài)沖擊載荷下的力學(xué)性能、組織演化及變形機(jī)制的研究相對較少。本文旨在通過系統(tǒng)研究富含兩種沉淀析出相的CoCrFeNiTi0.2高熵合金，揭示沉淀強(qiáng)化對合金動態(tài)力學(xué)性能的影響。

實(shí)驗材料選用高純度（>99.9wt%）的Co、Cr、Fe、Ni、Ti五種金屬元素，通過真空感應(yīng)熔煉和特殊的熱加工工藝制備得到CoCrFeNiTi0.2高熵合金。為了觀察合金變形前后的組織、結(jié)構(gòu)，采用了掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和能譜儀（EDS）等測試方法。同時，進(jìn)行了靜、動態(tài)壓縮對照試驗，以分析沉淀析出對合金力學(xué)性能的影響。

SEM觀察結(jié)果顯示，CoCrFeNiTi0.2高熵合金的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出顯著的多相特征。晶內(nèi)主要析出與FCC固溶體共格的L12納米沉淀相粒子，這些粒子在晶內(nèi)均勻分布，且尺寸較小。而晶界處則偏析出粗大且不規(guī)則的片狀HCP相粒子，這些粒子在晶界處形成明顯的連續(xù)或斷續(xù)分布。

為了更深入地了解合金的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了XRD測試。結(jié)果表明，合金主要由FCC和HCP兩相組成，與SEM觀察結(jié)果一致。此外，通過EDS測試對合金中各元素的分布進(jìn)行了詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)Ti元素在晶界處的偏析程度較高，這可能與Ti元素在合金中的特殊作用有關(guān)。

在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下，CoCrFeNiTi0.2高熵合金的彈性模量約為7.23GPa，且沒有明顯屈服階段。然而，當(dāng)應(yīng)變率增加時，合金的屈服強(qiáng)度和彈性模量均顯著提高。具體地，當(dāng)應(yīng)變率由500s-1時，屈服強(qiáng)度從670MPa上升到1005MPa，彈性模量由30.43GPa增加到87.62GPa。這表明合金在高應(yīng)變率下具有更強(qiáng)的抵抗變形能力。

除了屈服強(qiáng)度和彈性模量的變化外，合金在動態(tài)加載下還表現(xiàn)出顯著的PLC鋸齒屈服強(qiáng)化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能與合金中的動態(tài)應(yīng)變時效有關(guān)，即合金在變形過程中產(chǎn)生了大量的位錯和空位等缺陷，這些缺陷與溶質(zhì)原子之間的相互作用導(dǎo)致了PLC鋸齒屈服強(qiáng)化的產(chǎn)生。

在動態(tài)壓縮過程中，CoCrFeNiTi0.2高熵合金的微觀組織發(fā)生了顯著的演化。首先，由晶界衍生的大量空洞逐漸轉(zhuǎn)變成絕熱剪切帶，最終導(dǎo)致脆性撕裂。其次，晶內(nèi)伴隨著樹枝晶的產(chǎn)生，這些樹枝晶可能是由于合金在動態(tài)加載下發(fā)生了相變或再結(jié)晶等過程而產(chǎn)生的。

為了定量分析合金中沉淀相粒子的尺寸分布，使用了Image J軟件進(jìn)行了測量和統(tǒng)計。結(jié)果表明，晶內(nèi)和晶界L12相沉淀相粒子尺寸基本分布在50～80nm和120～190nm兩個區(qū)間內(nèi)。這些尺寸較小的沉淀相粒子可能對合金的力學(xué)性能產(chǎn)生了顯著的影響。

CoCrFeNiTi0.2高熵合金的強(qiáng)化機(jī)制主要包括固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩種。固溶強(qiáng)化是由于合金中多主元元素的共同作用而產(chǎn)生的，這些元素在合金中形成了固溶體，提高了合金的強(qiáng)度和硬度。而沉淀強(qiáng)化則是由于合金中析出了大量的L12和HCP相沉淀相粒子而產(chǎn)生的，這些粒子對合金的力學(xué)性能產(chǎn)生了顯著的貢獻(xiàn)。

此外，Ti元素的加入對合金的沉淀析出產(chǎn)生了顯著的影響。由于Ti元素在合金中具有特殊的化學(xué)性質(zhì)，它傾向于在晶界處偏析并與其他元素形成化合物。這些化合物可能作為L12相沉淀相粒子的前驅(qū)體，促進(jìn)了L12相沉淀相粒子的析出和長大。因此，Ti元素的加入可能是提高合金力學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一。

本文制備的CoCrFeNiTi0.2高熵合金具有良好的塑性和顯著的加工硬化特點(diǎn)，在動態(tài)加載下表現(xiàn)出PLC鋸齒屈服強(qiáng)化現(xiàn)象。合金的屈服強(qiáng)度和彈性模量隨應(yīng)變率的增加而顯著增加，這可能與合金中的固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化機(jī)制有關(guān)。未來，將進(jìn)一步優(yōu)化合金成分和熱處理工藝，以進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性能。

【沉淀強(qiáng)化對CoCrFeNiTi0.2

多相高熵合金動態(tài)力學(xué)性能的影響】

王懷坤，杜時雨，?；?，李志強(qiáng)

CoCrFeNiTi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。