难熔高熵合金的微结构设计增韧

供稿人:赵懿臻、张航
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

难熔高熵合金（RHEAs）通常在高温下会表现出极高的屈服强度，但在室温下塑性较差。塑性差的原因是合金的连续基体是有序的B2相。V. Soni1,2, O. N. Senkov，等人基于Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr高熵合金提出了一种新的高熵合金微观结构工程方法，将离散的B2析出物分散在连续的BCC基体中，形成“倒置”的BCC +B2微观结构，从而提高了室温压缩延性，同时在室温和高温下都保持了较高的屈服强度。

简单来说就是，通过三种热处理条件来控制BCC +B2微观结构从而提高材料韧性。具体的处理条件如下。条件一：Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr在铸态、热等静压和均匀化(1200℃/24小时/慢冷)。条件二：在条件一的基础上1400°C退火20 min之后水淬。条件三：在条件二的基础上进行退火600°C持续120小时然后进行水淬。

各条件热处理之后的合金组织图片如图一所示：

图一：各条件背散射组织、超点阵、及原子探针图片

从图一可以看出经过条件一的处理之后Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr的晶粒大小为100um，显微组织为极细的网格状，网格间隙为20nm，主要为无序的5Al-27Nb-18Ta-11Zr-33Ti-6V BCC相，网格宽度为2nm主要为20Al-10Nb-4Ta-31Zr-31Ti-4V B2相。经条件二处理之后，晶粒大小增加为150um并且网格状结构的B2相已经不再明显。条件三处理之后的组织形貌与条件一类似，晶粒大小仍为150um但是B2相网格状间隙增加为50nm，并且BCC及B2相的成分相对于条件一也发生了变化分别为B2:33Al-2Nb-11Ti-54Zr 、BCC: 2Al-25Nb-12Ta-37Ti-8V-16Zr。

三个条件（1）（2）（3）下的合金材料压缩性能入图二所示。可以看出条件一下的Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr合金在常温下虽然压缩极限强度均为最高为2035Mpa，但是延伸率仅为4.7%。经过条件二处理之后的压缩屈服强度有大幅下降为1065Mpa但是延伸率高达60%。条件三下的Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr合金压缩屈服强度为1220Mpa，极限压缩强度为1772Mpa，延伸率为16.9%。

图二：三个条件下的常温及600℃高温下的压缩性能

因此从上述过程中可以看出虽然原始的铸造Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr合金虽然延展性很低，但是经过不同的热处理之后，会形成不同晶粒大小和不同形貌的显微组织结构。从而可以在保证高强度的情况下提高塑性。这一点为其他种类的高熔点高熵合金提供了室温增韧的新思路。

参考文献：
Soni V , Senkov O N , Gwalani B , et al. Microstructural Design for Improving Ductility of An Initially Brittle Refractory High Entropy Alloy[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1):8816-.