无钴高熵合金中通过旋节分解与纳米B2相析出实现高温力学性能强化

本文通过电磁悬浮熔炼制备了10kg级FeCrMnNiAl0.2V0.2无钴高熵合金（HEA），系统研究了热锻与退火对合金微观结构（FCC/L12+BCC/B2双相）及700℃高温性能的影响。研究发现热锻可消除铸态缺陷，使屈服强度提升35%至445.7MPa，延伸率提高140%达31.3%；退火过程中Al/V协同扩散引发的旋节分解形成网状FCC/L12结构，纳米B2相析出进一步强化性能，为无钴HEA的工业应用提供新思路。

　　

亮点

本研究通过创新性设计FeCrMnNiAl_0.2V_0.2无钴高熵合金体系，揭示了热机械加工与热处理对高温性能的协同优化机制。

实验方法

采用真空感应悬浮熔炼炉（ZG-25A）制备10kg合金锭，纯金属原料经400℃×24h烘干后，在2.5×10^-3MPa真空度下充氩气熔炼，最终气压约0.05MPa。

X射线衍射分析

图1显示不同状态合金的XRD谱图：铸态与锻态均含FCC和BCC相，锻态合金额外检测到微量B2相。短时退火后（A-0.5样品）出现L1₂相弱衍射峰，随退火时间延长，合金完全转变为FCC/L1₂+BCC/B2双相结构。

L1₂与B2相的形貌分布演变

热力学计算表明（表3），该合金具有低混合焓（ΔH_mix）和小原子尺寸差（δ），有利于L1₂/B2相形成。图11展示退火过程中微观结构演化：锻态合金由连续FCC相（蓝色）和半连续BCC/B2相（黄色）组成；退火时Al/V元素发生协同扩散，触发FCC相旋节分解，形成三维网状FCC/L1₂结构，同时B2相纳米颗粒从BCC基体析出。

结论

1. 热锻显著提升合金锭质量，消除铸造缺陷，使700℃下屈服强度达445.7MPa，延伸率提升至31.3%；

2. 退火诱导FCC相发生旋节分解，形成热稳定性优异的FCC/L1₂网状结构；

3. Al/V协同扩散驱动的纳米B2相析出与旋节分解结构共同强化高温性能；

4. 裂纹扩展倾向于沿FCC或含大量二次裂纹的BCC区域进行。