哈工大《JMST》：高熵合金半固态坯料制备全过程微观组织演变和形成机制

高熵合金发展已有接近20年，但是将半固态技术引入高熵合金的研究在2017年才首次被报道，目前对高熵合金在半固态领域研究报道相对较少。半固态成形技术具备优异的成形性，同时能提升材料的性能，是一种实现合金结构件近净成形的热加工方法，目前该技术已经广泛应用于铝、镁合金高性能结构件的成形加工。系统性理解高熵合金在半固态坯料制备全过程的微观组织的演变有助于将半固态技术应用于高熵合金的热形成加工。

哈尔滨工业大学姜巨福教授团队系统研究了CoCrCu_1.2FeNi高熵合金在半固态坯料制备全过程中(包括原始铸态，热变形态，连续升温过程，以及半固态等温过程)的微观组织演变规律，阐明了CoCrCu_1.2FeNi高熵合金中两种面心立方结构特征和对应晶粒的演变机制，揭示了CoCrCu_1.2FeNi高熵合金半固态微观组织的形成机理。相关论文以题为“Microstructure evolution and formation mechanism of CoCrCu_1.2FeNi high entropy alloy during the whole process of semi‐solid billet preparation”发表于Journal of Materials Science & Technology

本文通过真空悬浮熔炼法制备原始CoCrCu_1.2FeNi高熵合金铸锭，在800℃进行热变形，随后在1130℃-1250℃区间进行半固态等温热处理制备半固态坯料。

研究发现热变形使铸造形成的粗大枝晶破碎，形成片层态且具有择优取向的变形结构，富Cu的FCC₁相形成少量动态再结晶晶粒，而FCC₂相内部存在有高密度位错。两相在热变形过程中发生不同步动态再结晶。在向半固态区间连续升温过程中，FCC₁相可在较低的温度下实现完全再结晶。FCC₂相需要在更高的温度下发生再结晶。在固态段的升温过程中，FCC₂相形态可发生一定程度球化。升温至半固态温度，FCC₂相晶粒合并长大并经一步球化，形成半固态组织，晶粒的择优取向消失，转变成随机取向。在半固态等温过程中，CoCrCu_1.2FeNi合金固相晶粒的粗化长大缓慢，LSW模型可准确预测该合金的半固态晶粒粗化行为。

图1 热变形态合金连续升温过程微观组织演变

图2 热变形态合金中两种面心立方相的TEM分析

图3 半态坯料制备全过程的微观组织演变模型

综上所述，CoCrCu_1.2FeNi高熵合金由于具备低粗化动化学行为以及宽泛的半固态区间，具有半固态加工的潜力。文献调研表明，许多体系高熵合金同样具有较宽的半固态区间。此外本文发现CoCrCu_1.2FeNi合金的半固态晶粒的形态对等温温度和保温时间不敏感，可在相对低温和短时间处理下获得固相形状因子超过0.8的半固态组织。未来有待于进一步开展对更多体系高熵合金进行半固态微观组织演变，流变行为，半固态成形等方面的研究。

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