哈工大《JMST》：高熵合金半固態坯料制備全過程微觀組織演變和形成機制

高熵合金發展已有接近20年，但是將半固態技術引入高熵合金的研究在2017年才首次被報道，目前對高熵合金在半固態領域研究報道相對較少。半固態成形技術具備優異的成形性，同時能提升材料的性能，是一種實現合金結構件近凈成形的熱加工方法，目前該技術已經廣泛應用于鋁、鎂合金高性能結構件的成形加工。系統性理解高熵合金在半固態坯料制備全過程的微觀組織的演變有助于將半固態技術應用于高熵合金的熱形成加工。

哈爾濱工業大學姜巨福教授團隊系統研究了CoCrCu_1.2FeNi高熵合金在半固態坯料制備全過程中(包括原始鑄態，熱變形態，連續升溫過程，以及半固態等溫過程)的微觀組織演變規律，闡明了CoCrCu_1.2FeNi高熵合金中兩種面心立方結構特征和對應晶粒的演變機制，揭示了CoCrCu_1.2FeNi高熵合金半固態微觀組織的形成機理。相關論文以題為“Microstructure evolution and formation mechanism of CoCrCu_1.2FeNi high entropy alloy during the whole process of semi‐solid billet preparation”發表于Journal of Materials Science & Technology

本文通過真空懸浮熔煉法制備原始CoCrCu_1.2FeNi高熵合金鑄錠，在800℃進行熱變形，隨后在1130℃-1250℃區間進行半固態等溫熱處理制備半固態坯料。

研究發現熱變形使鑄造形成的粗大枝晶破碎，形成片層態且具有擇優取向的變形結構，富Cu的FCC₁相形成少量動態再結晶晶粒，而FCC₂相內部存在有高密度位錯。兩相在熱變形過程中發生不同步動態再結晶。在向半固態區間連續升溫過程中，FCC₁相可在較低的溫度下實現完全再結晶。FCC₂相需要在更高的溫度下發生再結晶。在固態段的升溫過程中，FCC₂相形態可發生一定程度球化。升溫至半固態溫度，FCC₂相晶粒合并長大并經一步球化，形成半固態組織，晶粒的擇優取向消失，轉變成隨機取向。在半固態等溫過程中，CoCrCu_1.2FeNi合金固相晶粒的粗化長大緩慢，LSW模型可準確預測該合金的半固態晶粒粗化行為。

圖1?熱變形態合金連續升溫過程微觀組織演變

圖2?熱變形態合金中兩種面心立方相的TEM分析

圖3 半態坯料制備全過程的微觀組織演變模型

綜上所述，CoCrCu_1.2FeNi高熵合金由于具備低粗化動化學行為以及寬泛的半固態區間，具有半固態加工的潛力。文獻調研表明，許多體系高熵合金同樣具有較寬的半固態區間。此外本文發現CoCrCu_1.2FeNi合金的半固態晶粒的形態對等溫溫度和保溫時間不敏感，可在相對低溫和短時間處理下獲得固相形狀因子超過0.8的半固態組織。未來有待于進一步開展對更多體系高熵合金進行半固態微觀組織演變，流變行為，半固態成形等方面的研究。

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