通过溶质介导的位错均匀化提高Fe1.5Ni1.5CoCr-X0.5超高温合金的强度

《Materials Characterization》：Achieving enhanced strength in Fe1.5Ni1.5CoCr-X0.5 HEAs through solute-mediated dislocation homogenization

　　

作者：Zixian Xiong、Lei Zhang、Hanxing Wang、Chunyu Zhao

单位：山东第一医科大学与山东省医学科学院化学与制药工程学院，中国泰安 271016

摘要

微观结构的成分控制是优化高熵合金（HEAs）机械性能的关键策略。然而，传统的控制方法主要关注相组成和晶粒尺寸，往往忽略了溶质原子对初始缺陷状态的重要影响。本研究通过比较Fe_1.5Ni_1.5CoCrAl_0.5（Al-HEA）和Fe_1.5Ni_1.5CoCrMn_0.5（Mn-HEA）的微观组织和机械性能，探讨了成分控制的影响机制。这两种合金都属于面心立方（FCC）结构。尽管两者都形成了固溶体相，且Mn-HEA的晶粒尺寸更小，但Al-HEA在抗拉强度、塑性、加工硬化率和硬度方面表现更优。这种性能优势源于其独特的位错结构：铝的引入导致晶格畸变加剧，从而引起局部应变场波动，并促进合金内部形成密集且均匀分布的短位错线和位错环。相比之下，Mn-HEA中的位错容易发生局部缠结，形成不均匀的簇状结构。实验结果表明，Al-HEA的屈服强度（σy = 236.6 MPa）和抗拉强度（σu = 559.5 MPa）分别比Mn-HEA（σy = 140.4 MPa，σu = 347.5 MPa）高出1.7倍和1.6倍。本研究系统地分析了铝和锰对合金缺陷演变路径的影响，进而解释了材料强度和塑性变形能力的变化机制。这些发现为开发高性能FCC合金的微观结构设计提供了重要启示。