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

高熵合金（HEAs）以其獨特的合金設計理念——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，為合金性能的優(yōu)化提供了新途徑。然而，對于具有多相結構的高熵合金，其在動態(tài)沖擊載荷下的力學性能、組織演化及變形機制的研究相對較少。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，揭示沉淀強化對合金動態(tài)力學性能的影響。

實驗材料選用高純度（>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、結構，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，進行了靜、動態(tài)壓縮對照試驗，以分析沉淀析出對合金力學性能的影響。

SEM觀察結果顯示，CoCrFeNiTi0.2高熵合金的微觀結構呈現(xiàn)出顯著的多相特征。晶內主要析出與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構，進行了XRD測試。結果表明，合金主要由FCC和HCP兩相組成，與SEM觀察結果一致。此外，通過EDS測試對合金中各元素的分布進行了詳細分析，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。

在準靜態(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，當應變率增加時，合金的屈服強度和彈性模量均顯著提高。具體地，當應變率由500s-1時，屈服強度從670MPa上升到1005MPa，彈性模量由30.43GPa增加到87.62GPa。這表明合金在高應變率下具有更強的抵抗變形能力。

除了屈服強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鋸齒屈服強化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能與合金中的動態(tài)應變時效有關，即合金在變形過程中產生了大量的位錯和空位等缺陷，這些缺陷與溶質原子之間的相互作用導致了PLC鋸齒屈服強化的產生。

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變成絕熱剪切帶，最終導致脆性撕裂。其次，晶內伴隨著樹枝晶的產生，這些樹枝晶可能是由于合金在動態(tài)加載下發(fā)生了相變或再結晶等過程而產生的。

為了定量分析合金中沉淀相粒子的尺寸分布，使用了Image J軟件進行了測量和統(tǒng)計。結果表明，晶內和晶界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。這些尺寸較小的沉淀相粒子可能對合金的力學性能產生了顯著的影響。

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

此外，Ti元素的加入對合金的沉淀析出產生了顯著的影響。由于Ti元素在合金中具有特殊的化學性質，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體，促進了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性能的關鍵因素之一。

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，在動態(tài)加載下表現(xiàn)出PLC鋸齒屈服強化現(xiàn)象。合金的屈服強度和彈性模量隨應變率的增加而顯著增加，這可能與合金中的固溶強化和沉淀強化機制有關。未來，將進一步優(yōu)化合金成分和熱處理工藝，以進一步提高合金的力學性能。

【沉淀強化對CoCrFeNiTi0.2

多相高熵合金動態(tài)力學性能的影響】

王懷坤，杜時雨，?；?，李志強

CoCrFeNiTi高熵合金是由五種等摩爾比的元素構成，能夠表現(xiàn)出傳統(tǒng)合金所不具備的高強度，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。