在AlCoCrFeNi合金中实现优异的机械性能 2.1 通过部分再结晶制备高熵合金

《Materials Science and Engineering: A》：Achieving Exceptional Mechanical Properties in AlCoCrFeNi 2.1 High-Entropy Alloys via Partial Recrystallization

高熵合金AlCoCrFeNi2.1通过冷轧（51%变形量）与1000℃退火处理形成异质微观结构，实现强度与延展性协同优化。屈服强度（950 MPa）提升62%，抗拉强度（1417 MPa）提高37%，延伸率（32%）增加25%，其强化机制源于异质变形诱导强化，延展性得益于多尺度结构的高加工硬化能力。

　　

乐乐·南（Lele Nan）| 姚娇科（Yujiao Ke）| 余思晨（Sichen Yu）| 王家生（Jiasheng Wang）| 秦书阳（Shuyang Qin）| 齐格涅夫·布里坦（Zbigniew Brytan）

中国秦皇岛燕山大学机械工程学院，邮编066004

摘要

铸造态AlCoCrFeN_i2.1高熵合金（EHEA）具有双相层状BCC（体心立方）/FCC（面心立方）微观结构，这种结构赋予了优异的延展性，但屈服强度较低，限制了其工程应用。本文采用冷轧和热处理相结合的加工策略，诱导部分再结晶，形成了由细小等轴再结晶FCC晶粒、保留的层状FCC区域以及未再结晶的BCC骨架组成的异质复合微观结构。这种定制的结构显著提升了材料的机械性能。DCR30-10试样经过51%的累积冷轧后，在1000°C下退火20分钟，达到了最佳的强度-延展性平衡：屈服强度（σ_Y）约为950 MPa，抗拉强度（σ_UTS）约为1417 MPa，伸长率（ε_E）约为32%。与铸造态EHEA相比，这些性能指标分别提高了62%、37%和25%。屈服强度的提高主要归因于异质变形诱导（HDI）强化效应，这种效应源于由等轴晶粒和层状结构组成的异质复合微观结构；而延展性的提升则得益于分层微观结构的高加工硬化能力，该结构中细小沉淀物分布于FCC和BCC相内，并位于随机取向的共晶团中，有利于各向同性变形。本研究为优化EHEA的强度-延展性平衡提供了有效的微观结构设计策略和机理解释。

部分内容摘录

引言

高熵合金（HEAs）具有多种主要元素和简单的固溶相，展现出卓越的机械性能，在航空航天[1]、能源[2]和极端环境[3]领域具有广泛应用潜力。过去二十年里，HEAs因其多功能性而受到关注，但传统的单相HEAs通常在强度和延展性之间存在权衡：面心立方（FCC）HEAs虽然延展性优异，

材料与方法

AlCoCrFeNi_2.1 EHEA通过真空感应熔炼高纯度元素（Al、Cr、Fe：99.9 wt %；Co、Ni：99.98 wt %）制备而成。为确保化学均匀性，熔融合金至少重新熔炼四次，然后浇铸到水冷铜模具（250 mm × 100 mm × 20 mm）中，平均冷却速率为约150 °C/min。

从铸造板切割出两块厚度为100 mm × 76 mm × 7 mm的板材，经过多次冷轧处理至4.9 mm（减薄30%）。

铸造态AlCoCrFeNi_2.1 EHEA的初始微观结构

图2展示了铸造态AlCoCrFeNi_2.1 EHEA的初始微观结构。铸造态EHEA呈现出平均等效圆直径为133 μm的共晶团，如图2(a)中的黑色虚线所示。这些共晶团作为主要晶粒，具有明确的界面，且相对于相邻共晶团随机取向。在每个共晶团内部，FCC相形成了连续的结构框架，容纳了BCC相的分布

静态再结晶

对AlCoCrFeNi_2.1 EHEA在冷轧后进行600–1200°C退火处理时的静态再结晶行为进行了研究。如图3所示，对于CR30试样，在1000°C退火温度下，FCC相中首次出现再结晶晶粒，再结晶比例为20.6%；当退火温度升至1200°C时，该比例显著增加到约51.8%。相比之下，DCR30试样在1000°C退火后

结论

本研究采用部分再结晶策略，构建了由细小等轴再结晶FCC晶粒、残留的层状FCC区域和未再结晶的BCC相组成的异质结构。系统研究了不同轧减量和退火温度对AlCoCrFeNi_2.1 EHEA微观结构和机械性能的影响。在各种条件下，DCR30-10试样展现了最佳的强度-延展性组合

作者贡献声明

姚娇科（Yujiao Ke）：撰写 – 审稿与编辑、方法论、概念构建。乐乐·南（Lele Nan）：撰写 – 初稿撰写、验证、形式分析。王家生（Jiasheng Wang）：方法论、实验研究。余思晨（Sichen Yu）：验证。齐格涅夫·布里坦（Zbigniew Brytan）：指导、概念构建。秦书阳（Shuyang Qin）：形式分析

数据和材料的获取

数据可应要求提供。

利益冲突

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

财务支持与赞助

本研究得到了河北省自然科学基金（项目编号E2021203074）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢河北省自然科学基金（项目编号E2021203074）的支持。