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随着科技社会的快速发展,对合金材料的性能要求也在不断提高,通过传统的合金设计理念获得的合金性能已经几乎达到瓶颈,很难再能达到金属结构材料在极端环境下服役所要求的机械性能指标。高熵合金由多种元素通过等原子比或近等原子比的方式进行组合,以全新的设计理念和独特的组织结构而获得了比传统合金更优异的性能。通过析出强化是提高高熵合金强度最为简单有效的方法之一。近年来研究发现,在FCC合金中引入γ′相对于高熵合金的强化效果显著。因此,本研究通过热力学计算与实验研究相结合的方法,设计并制备了γ′相强化型(NiCoFe)88Ti6Al6和(NiCo1.5Fe)90Ti6Al4高熵合金,并在此基础上,在合金中加入难熔元素Nb,Ta,Hf,W,Mo和V,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、高分辨透射电镜、电子万能实验机、显微硬度仪和摩擦磨损实验机等技术和设备,系统研究了γ′相在合金中析出行为和难熔元素对合金的显微组织、相结构、硬度、拉伸性能和摩擦学性能的影响规律。本研究的主要结论如下:(1)本研究采用CALPHAD方法并结合商用Ni基和Fe基合金热力学数据库,对γ′相强化型Ni-Co-Fe基FCC高熵合金进行了设计,得到了两种具有γ′+γ双相结构的(NiCoFe)88Ti6Al6和(NiCo1.5Fe)90Ti6Al4高熵合金,且实验研究与计算结果具有良好的一致性。(2)对于(NiCoFe)88Ti6Al6高熵合金,Nb-、Ta-和Hf-的加入合金中析出了Fe2X(X=Nb,Ta和Hf)型laves杂相,而W-,Mo-和V-的加入合金则呈现完美的γ′+γ双相结构。W-、Mo-和V-掺杂的高熵合金在室温和高温下比Ti6Al6合金具有更好的强度-塑性匹配。1.5W合金在室温下具有~1300 MPa的抗拉强度和良好的塑性(>30%)。同时,它在800°C下也表现出非常好的拉伸性能(~11%的延伸率和~750 MPa的拉伸强度)。W、Mo、V元素的加入使合金的主峰不同程度地向左移动,其中移动最大的是1.5V合金,其次是1.5Mo合金,较小的是1.5W合金。同时,合金的γ′析出相与γ基体相之间保持高度共格的关系,保证了合金在拥有高强度的同时而不牺牲其塑性。(NiCoFe)88-xTi6Al6Rx(R=Nb,Ta,Hf,W,Mo和V)高熵合金的研究可以为解决高熵合金的中温脆性问题提供一种新的合金设计策略。(3)对(NiCo1.5Fe)90Ti6Al4高熵合金的时效工艺研究发现,合金具有较佳的相稳定性,不同时效时间下热处理的合金的都能够保持简单的FCC固溶体结构。合金的组织由γ基体相和γ?析出相组成,6h时效处理的合金其γ?析出相为不规则的椭圆状,当时效时间增加到12h,其形状转变为规则的立方状,当时效时间继续增加,γ?析出相的形状不再发生改变。γ?析出相从椭圆状向立方状的转变使得其晶格错配度减小,γ?析出相的粗化造成了在变形过程中位错通过γ?析出相的方式从切过方式转变成Orowan绕过机制。摩擦磨损的结果表明合金具有优异的摩擦学性能。合金的磨损机制主要为犁削磨损和剥层磨损,此外还存在着氧化磨损,且合金发生剥层磨损的程度随着时效时间的增加而变得严重。(4)对(NiCo1.5Fe)88.5Ti6Al4R1.5(R=Nb,Ta,Hf,W,Mo和V)高熵合金的研究发现,Nb和Mo元素的加入合金的强度提高显著,分别提高了46.7%和33.3%,但会牺牲掉大部分延伸率(延伸率仅有~10%左右)。而Hf,W,Ta和V元素的加入不仅能提高合金的强度,还能轻微的提高合金的延伸率或几乎不牺牲延伸率。其中,Ta元素的加入对合金的综合力学性能的提升效果最佳,合金的屈服强度从750MPa提高到了950MPa,提高了26.7%,同时还能拥有~20%的延伸率,延伸率较之基体合金有轻微的提高。此外,合金具有多阶段的应变硬化行为,合金的应变硬化曲线波动幅度越大,合金具有更高的强度。(NiCo1.5Fe)88.5Ti6Al4R1.5(R=Nb,Ta,Hf,W,Mo和V)的研究表明合金具有多阶段的应变硬化行为可以提高合金的强度-塑性匹配关系。