热轧退火协同调控CoCrFeNi(TiC)0.2 高熵合金超细碳化物析出与位错强化的机制研究

【编辑推荐】为解决CoCrFeNi(TiC)0.2 高熵合金铸态强度不足的问题，研究人员通过热轧（50%变形量）与700℃/1h退火的协同热机械处理，实现超细M23 C6 /MC碳化物析出、部分再结晶基体与高位错密度的多尺度调控，获得865MPa屈服强度与6.8%均匀延伸率的优异强塑性匹配，为航空航天高性能合金设计提供理论指导。

　　

在材料科学领域，高熵合金（HEAs）因其独特的多主元固溶效应和优异的力学性能成为研究热点。其中，CoCrFeNi基面心立方（FCC）结构合金展现出卓越的应变硬化能力和延展性，被视为航空发动机涡轮部件和航天器结构框架的潜在候选材料。然而，这类合金在铸态下的屈服强度仅230MPa，抗拉强度400MPa，难以满足极端工况下的高强度需求。尽管通过添加TiC陶瓷颗粒可将铸态合金强度提升至330MPa（屈服）和940MPa（抗拉），但距离工程应用仍有显著差距。

针对这一瓶颈，湖北某高校团队在《Materials Today Communications》发表研究，创新性地采用热轧与退火协同调控策略，成功实现CoCrFeNi(TiC)_0.2
合金强度-塑性的协同提升。研究通过电弧熔炼制备合金铸锭，经50%热轧变形后实施700℃/1h退火处理，结合X射线衍射（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）等表征手段，系统解析了微观组织演化规律与强化机制。

合金制备与表征
采用高纯度Co、Cr、Fe、Ni（≥99.9%）与TiC颗粒（1-5μm）按1:1:1:1:0.2摩尔比电弧熔炼，经五次重熔确保成分均匀性。热轧工艺设定50%变形量，后续退火在700℃保温1小时完成。

力学行为
热机械处理使合金屈服强度从铸态330MPa跃升至865MPa，抗拉强度达1047MPa，同时保持6.8%均匀延伸率。对比显示，单纯热轧（HR-A600）虽可获得958MPa屈服强度，但塑性骤降至3.5%，证实退火温度对强塑性平衡的关键调控作用。

相图计算与相形成分析
Thermo-Calc模拟揭示CoCrFeNi-TiC伪二元相图的亚共晶特性，FCC基体为初生相。实验证实热激活促使MC型碳化物（TiC）与M₂₃
C₆
纳米颗粒协同析出，其中M₂₃
C₆
在晶界处偏聚有效钉扎位错。

结论与意义
该研究通过多尺度组织设计实现三重强化机制：（1）M₂₃
C₆
/MC碳化物的第二相强化；（2）部分再结晶FCC基体的细晶强化；（3）残余高位错密度贡献的位错强化。这种"强度-塑性协同增益"策略为开发新一代航空结构材料提供了可复制的技术路线，其热机械处理参数（700℃/1h）对同类HEAs具有普适指导价值。