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Ti-Zr-Nb系难熔高熵合金的组织结构与强韧化机理摘要：本文研究了Ti-Zr-Nb系统的多元难熔高熵合金的组织结构和强韧化机理。
首先使用真空电弧熔炼法制备了系列合金，通过金相显微镜、扫描电子显微镜等手段对其显微组织和相组成进行了详细的表征。
结果发现，合金组织由岛状TiZrNb高熵相和α-Ti相组成，其中高熵相的尺寸和形状对合金性能起到关键作用。
随后进行了拉伸和压缩试验，探究了合金的机械性能和变形行为。
结果表明，该高熵合金具有较高的强度和塑性，在温度范围内呈现出良好的热稳定性。
最后，分析了高熵合金的强韧化机制，认为高熵相与Ti基体之间的位错相互作用是影响强韧化的关键因素。
关键词：难熔高熵合金，Ti-Zr-Nb，组织结构，机械性能，强韧化机制1. 引言难熔高熵合金是一类具有多元等摩尔比的高熵合金，由于其具有较高的强度、硬度、抗氧化性和耐腐蚀性等优异性能，在制备潜能材料领域具有广泛的应用前景。
Ti-Zr-Nb系统也是近年来备受关注的高熵合金体系之一，其中Ti、Zr、Nb三个元素具有相似的原子结构和半径大小，因此在相互混合时易形成类似于Ti-Zr-Nb高熵相的固溶体，并能对普通合金的性能表现出极大的提升。
2. 实验方法本实验采用真空电弧熔炼法制备Ti-Zr-Nb系列高熵合金，通过金相显微镜和扫描电子显微镜分析其显微组织和相组成，并通过拉伸和压缩试验测试其机械性能和变形行为。
3. 结果与分析3.1 合金组织结构经金相显微镜观察发现，Ti-Zr-Nb高熵合金的显微组织主要由α-Ti相和岛状的TiZrNb高熵相组成，其中高熵相的尺寸和形状对合金的力学性能起到关键作用。
高熵相的存在还使合金具有了过共晶的特点，能够在高温下形成多种复杂的组织结构，并对合金的塑性和断裂韧性产生重要影响。
3.2 机械性能拉伸和压缩试验结果表明，Ti-Zr-Nb高熵合金具有良好的力学性能和热稳定性，其中最佳力学性能的合金为Ti20Zr20Nb20，其屈服强度和抗拉强度分别达到了840MPa和1090MPa，而断裂韧性为9.2MPa·m1/2。
精密成形工程第15卷第8期孟爽，国栋，赵冬凤，余青，林毛毛（天津职业技术师范大学机械工程学院，天津 300222）摘要：高熵合金具有独特的微观结构和特性，作为一种新型的高性能材料，逐渐获得了国内外研究人员的广泛关注。
高熵合金具备多元化的元素组成方式，不但没有形成传统概念中复杂的相结构，反而展现出了更优异的性能，在诸多领域均具有良好的应用前景。
在当前的高熵合金体系中，CoCrFeNi系研究最为广泛，其研究内容主要体现在通过添加不同元素或进行退火热处理对原合金体系改性进而获得优异性能的材料。
首先，结合CoCrFeNi体系对高熵合金的定义和性能特点进行了分析和总结；其次，从热力学和动力学角度论述了CoCrFeNi系高熵合金的结构预测、层错能计算及缺陷动力学分析；再次，总结了Al、Ti、Cu、Mn 和C元素对CoCrFeNi系高熵合金显微组织和力学性能的影响；最后，分析了当前的研究现状并进行了展望。
关键词：高熵合金；CoCrFeNi系；模拟计算；合金元素；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.08.019中图分类号：TG139 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)08-0156-13Research Progress of CoCrFeNi High Entropy AlloyMENG Shuang, GUO Dong, ZHAO Dong-feng, YU Qing, LIN Mao-mao(Faculty of Mechanical Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China)ABSTRACT: As a new high performance material, high entropy alloy has gradually got the attention of the world in recent years due to its distinctive microstructure and properties. The diversified element composition not only avoids the formation of complex phase structures in the traditional concept, but also exhibits superior performance to conventional alloys and has a wide range of potential applications. The CoCrFeNi system is now the mostly studied high entropy alloy system, which is mostly seen in the modification of the original alloy system through the addition of other elements and annealing treatment to produce supe-rior material properties. The definition and characteristics of a high entropy alloy combined with the CoCrFeNi system were firstly examined and summarized. Then, the structure prediction, calculation of layer fault energy and defect dynamics analysis of CoCrFeNi high entropy alloy were discussed from the perspective of thermodynamics and dynamics. Next, the effect of Al, Ti, Cu, Mn and C elements on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy was summarized. Fi-收稿日期：2023-04-21Received：2023-04-21基金项目：国家自然科学基金（52074193）；天津市自然科学基金科技计划重点项目（22JCZDJC00770）；天津市教委科研计划重点项目（2022ZD022）Fund：National Natural Science Foundation of China(52074193); Key Project of Tianjin Natural Science Foundation Science and Technology Program(22JCZDJC00770); Key Projects of the Tianjin Education Commission's Research Program(2022ZD022)作者简介：孟爽（1995—），女，硕士生，主要研究方向为高熵合金。
焊管WELDED PIPE AND TUBE第44卷第1期2021年1月Vol.44 No.1Jan. 2021中熵合金力学性能研究进展冯月明1袁姚百胜2,毕台飞2,易永根2,田永达2,汲江涛3,王 雷1（1.西安石油大学材料科学与工程学院，西安710065； 2.中国石油长庆油田第一采油厂，西安716002； 3.中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043）摘 要：中爛合金材料由于多组元结构表现出高强度、高塑性和低温下良好的断裂韧性，但其力学 性能在高温下仍然较差，限制了在工程中的应用。
以CoCrNi 中合合金为例，综述了其力学性能的特点，并简述了 CoCrNi 中合合金相应的变形机制。
同时，讨论了添加合金元素、预塑性变形与优 化制造工艺这3方面因素对中合合金力学性能的影响。
最后，提出了中合合金在实际生产应用过程中可能面临的问题。
关键词：中合合金；高合合金；孪晶；强化中图分类号：TG135文献标识码：A DOI : 10.19291/ki.1001-3938.2021.01.005Research Progress on Mechanical Properties of Medium Entropy AlloyFENG Yueming 1, YAO Baisheng 2, BI Taifei 2, YI Yonggen 2, TIAN Yongda 2, JI Jiangtao 3, WANG Lei 1(1. School of Materials Science and Engineering, Xi ' an Shiyou University, Xi ' an 710065, China;2. No.1 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi ' an 716002, China;3. China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi ' an 710043, China )Abstract: The medium entropy alloy exhibit high strength, high plasticity and good fracture toughness at low temperatures due to their multi -component structure, however, its mechanical properties do not perform well at high temperature, which limits itsapplication in engineering area. Taking CoCrNi medium entropy alloy as an example, the characteristics of mechanicalproperties and the deformation mechanism of CoCrNi medium entropy alloy are summarized. The effects of the addition of alloying elements, pre -plastic deformation and optimization of manufacturing process on the mechanical properties of themedium entropy alloy are discussed. Finally, the possible problems in the actual production and application of the mediumentropy alloy are presented.Key words: medium entropy alloy; high entropy alloy; twin crystal; strengthening1中熵合金与高熵合金材料以钢铁为代表的传统金属中，大多是由一种基本元素 （溶质） 加入少量合金元素 （溶剂） 组成。
具有内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动与稳定性任勇生;张玉环;时玉艳【摘要】研究具有内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动和稳定性.采用大振幅不可伸缩旋转梁的假定,对复合材料轴进行非线性建模,模型引入非线性曲率和惯性的影响.根据复合材料的粘弹性耗散特性描述材料内阻.从复合材料本构关系、应变-位移关系基本方程出发,在导出动能、势能和内阻耗散能的基础上,基于扩展的Hamilton原理,建立旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组.采用Galerkin法将偏微分方程离散化为常微分方程.为了预测旋转复合材料轴的稳定边界,对线性化方程进行特征值分析,给出了临界速度和失稳阈的表达式.采用四阶Runge-Kutta法对常微分方程组进行数值积分,获得位移时间响应图、相平面图和功率谱图,研究了铺层角、长径比和铺层方式对非线性振动响应和稳定性的影响.%The nonlinear free vibration and stability of an internally damped rotating composite shaft were investigated.The shaft was assumed as an inextensional rotating beam with nonlinear curvature and inertia.The internal damping was described by the dissipative behavior of composite.Based on the constitutive relations and the strain-displacement relations of composite,the strain energy,virtual dissipative work and kinetic energy of the shaft were obtained.The equations of motion governing the nonlinear bending-bending vibration of the rotating composite shaft were derived using the extended Hamilton principle.The partial differential equations of motion were reduced into ordinary differential equations by the Galerkin's method.In order to find the boundaries of stability,the corresponding linearized model of the composite shaft was used ineigenvalue analysis.The critical rotating speeds and instability thresholds of composite shaft were provided.The fourth-order Runge-Kutta method was used to integrate numerically the differential equations of motion.The displacement-time responses,phase plane curves and power spectra of the shaft were presented.The effects of the ply angle,ratio of length to outer radius and stacking sequence on the nonlinear bending vibration responses of the composite shaft were evaluated.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】12页(P117-127,162)【关键词】自由振动;稳定性;旋转复合材料轴;内阻;非线性曲率和惯性【作者】任勇生;张玉环;时玉艳【作者单位】山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TB33纤维复合材料由于比强度和比刚度高、抗疲劳和减振性能好，在包括能源、航空和汽车在内的许多工业技术领域内的结构设计中已经显示出广阔的应用前景。
第36卷 第2期1997年 3月中山大学学报(自然科学版)A CT A SCIEN T I ARU M N A T U R AL IU MU N IV E RSIT A T I S SUN Y A T SEN IV o l.36 No.2M a r. 1997不互溶体系的机械合金化非平衡结构的研究任 山 洪 澜 吕曼祺 胡壮麒(中山大学物理学系,广州510275) (中国科学院金属研究所)摘 要 应用T EM,X RD,DSC等实验手段研究了不互溶La-Fe元素混和粉(原子比La∶Fe=1∶5)机械合金化(M A)过程和微观结构.研究表明两元素之间无明显固态反应.在球磨作用下β-La首先向α-La转变,55h后形成非晶La.同时Fe细化成纳米晶,形成纳米晶Fe和非晶La的复合结构.非晶La分布在纳米Fe晶粒之间,使Fe晶粒具有很好的热稳定性.应用原子尺寸模型能部分解释实验结果.关键词 不互溶体系,纳米晶,机械合金化,La-Fe分类号 O414.2180年代初期Ko ch等人成功地应用机械合金化制备Ni-N b非晶合金以来[1],机械合金化方法得到普遍的重视,并用来制备各种非平衡态材料,如准晶相,纳米晶相以及不互溶体系形成的合金相[2].最先认为元素之间具有负的混合热,以及不对称快扩散是固态合金化形成非晶的条件[3],然而大量的实验发现一些具有正的混合热的体系也能用机械合金化(M A)形成非晶[4].为了解释机械合金化中决定非晶形成因素和机理,提出了许多模型和理论[5,6].由于各自理论的局限性,以及球磨合金化中复杂的反应过程,目前还没有一种理论能较全面地合理地解释或预测机械合金化过程及合金化产物的结构.Fe-La二元系在785℃以下相互间固溶度小于0.1%,它们之间不能形成任何金属间化合物相.本实验研究了Fe,La纯元素混合粉机械合金化及微观结构变化.1 实验方法应用行星式球磨机在高纯氩气保护下进行机械合金化.球与粉重量比为40∶1.样品操作在手套操作箱中进行.实验所用La粉是块状La上锉下的金属屑(纯度>99%).La和Fe 粉(纯度>99.2%,粒度200目)的原子配比为La∶Fe=1∶5.用理学Rig aku D/max-8AX 射线衍射仪(Cu-Kα射线,石墨单色器)监视结构变化.透射电镜观察在Philips EM420上进行,加速电压120kV.热分析在Perkin-Elmer DSC-7上进行,通以流动高纯氩气进行保护.2 结 果图1为不同球磨时间的X RD谱线.原始La粉为β和α两相共存.在球磨的初始阶段收稿日期:1996-04-10 任山,男,34岁,博士后(2,15,35h ),主要为La 的晶粒细化过程,高角度衍射峰逐渐减弱,α-La 的(100)和β-La 的(111)衍射峰发生宽化.α-La 的(100)衍射峰强度逐渐增强,而β-La 的(111)衍射峰强度减弱,表明β-La 向α-La 的转变.La 在785℃以下平衡相为面心立方结构的β相,785～868℃之间平衡相为六方结构的α相.因为fcc 与hcp 之间可以通过密排面(111)和(0001)相互滑移发生马氏体相变,所以球磨过程剪切应力可诱发U -T 转变.同期Fe 的衍射峰变化不大,相对La 来说,Fe 晶粒破碎不严重.图1 不同球磨时间的X RD 曲线Fig.1X RD patter ns o f La+Fe fo r v arious milling time球磨55h 后,在α-La 的(100)峰与β-La 的(111)峰中间出现了宽化的非晶峰包(2θ=28.5o ).球磨75h 后,除了峰包更加宽化外,没有其它变化.图2为球磨55h 透射电镜暗场像和电子衍射环.与X RD 结果一样,除了非晶La 衍射环和Fe 衍射环以外,没有观察到其它新相的电子衍射环或斑点.Fe 晶粒平均尺寸约为12nm .由衍射环求得Fe 晶粒的(110)面间距为d (110)=0.2027nm ,点阵没有发生明显的畸变(纯铁d (110)=0.20268)[7]. 图3为应用Hall-Williamson 作图外推法求出Fe 晶粒尺寸和微观应变随球磨时间变化[8].Fe 晶粒尺寸逐渐减少,而内应变先增加,当晶粒小到一定尺寸后应变开始减小,后期趋向稳定.图2 球磨55h 后T EM 暗场像及电子衍射环Fig.2T EM (dar k-field)imag e (a )and diff ractio n ring s (b)o f milled La +5Fe(55h)59第2期 任 山等:不互溶体系的机械合金化非平衡结构的研究图3 不同球磨时间α-Fe 平均晶粒尺寸D 及内应变X Fig .3Av e rag e g r ain size D and internal strainX of T -Fe v s milling time 图4a 为球磨55h 样品DSC 曲线.升温中出现放热峰,对应六方结构的La 2O 3氧化物的形成,图4b 对应升温后的XRD 实验曲线.由Hall-William so n 方法测得升温后Fe 平均晶粒尺寸为D-=10nm,仍为纳米晶结构.由于球磨态样品晶粒尺寸是用电镜测量的结果,而X 射线衍射结果中还包含晶粒中亚结构的影响,所以测试结果要比电镜得到的结果要小.两种数据非常接近,表明纳米晶Fe 是比较稳定的,可能与La 分布在铁的晶界有关.由以上实验结果可以得知Fe-La 在机械合金化中的行为如下:La 在球磨过程中,晶粒细化并发生β-La →α-La 相变,进一步球磨后β和α相都转变成非晶La 相.同期Fe 的晶粒尺寸逐渐细化,并形成纳米晶结构,形成纳米晶Fe 和非晶La 的复相结构.图4 球磨样品(55h)DSC 曲线(a)以及加热后X RD 曲线(b)Fig.4DSC curv e of milled L a +Fe for 55hrs with heating r ate 40K /min(a),and the cor respondingX RD patter ns af ter DSC ex perim ent (b )3 讨 论Fe 和La 不互溶与它们之间的原子半径相差较大有关.Fe 的原子半径为V Fe =0.124nm ,La 的原子半径为VLa =0.187nm [7].La -Fe 在机械合金化中行为可用Chakk 等人提出的原子尺寸模型解释[5].由于纯金属的非晶态点阵结构特征与相应晶态时晶体结构无关,非晶中原子第二近邻层及第三近邻层的半径R 2和R 3与第一近邻层的半径R 1比值对不同元素非晶态都基本一致,根据Chakk 理论,可以用非晶与晶体之间的原子键长相对变化作为晶体向非晶转变的判断,原子键长相对变化定义为: Z i =(R a i -R c i )/R ai(1)其中上标a 和c 分别表示非晶态和晶态,下标i (=1,2,3)表示第i 近邻原子壳层.对于不同60中山大学学报(自然科学版) 第36卷晶体结构的单质晶体转变成非晶后,由实验测得相对键长变化列于表1[5].因此在A -B 两元素混合粉机械合金化中,可认为只要点阵畸变达到一定程度就可能表1 非晶化中键长相对变化 T ab.1Rela tlv e cha ng es ln bond leng ths duringamo r phization la ttice Z 1Z 2Z 3bcc <0.0270.4400.178fcc <0.0270.1850.110hcp<0.0270.1850.178实现非晶化.考虑A 以产生较大畸变的间隙式方式固溶于B 中的情况,A 原子半径可能小于或大于B 原子半径,这样原子半径比值就存在下限和上限值.下限值对应A 原子半径小到能在B 点阵中较容易地扩散而不引起明显的点阵畸变.上限值对应A 原子半径大到使B 原子点阵失去短程有序,B 原子被挤到下一个间隙位置.V A /V B 比值只有在上下限之间才有可能形成非晶合金.对bcc 点阵中八面体间隙(最大间隙位置),两个次近邻B 原子距离为R 2=4/3·V B(<100>方向).A 原子进入间隙位子后,则两B 原子之间的距离变为R ′2=2(V A +V B ),第二近邻键长相对变化为: Z 2bcc-a=(3/2)(1+V A /VB )-1(2)取Z 2=0.44为最低下限,由(2)式可求出下限值V A min: V A min /V B =2/3(Z 2bcc-a+1)-1≈0.66(for bcc)对于最高下限,可以认为A 原子大到迫使B 移到下一个间隙位置,取Z 2=1为上限值.由(2)式求出上限值V A max 为: V A max/V B =2/3(Z 2bcc-a+1)-1≈1.31 (for bcc)对于基体点阵为fcc 或hcp 结构的情况,类似bcc 点阵的推导过程可分别得到上下限为: V A max /V B ≈1.83; V A max/V B ≈0.68对于La-Fe 系,α-Fe 为bcc 结构,La 为fcc 结构(β相)或hcp 结构(T 相).因为: V La /V Fe = 1.508>V A max /V B = 1.31 (for bcc)La 原子半径相对Fe 原子半径大于上限值,La 原子进入Fe 原子点阵不能使其非晶化.与实验中观察到的一致.另一方面,对于Fe 原子进入La 点阵情况: V Fe /V La =0.66<V A min/V B =0.68 (fo r fcc)按理论判断,在球磨作用下Fe 原子不能使La 非晶化.实验中观察到La 的非晶化是否由于固溶Fe 而引起,有待进一步的实验研究.4 结 论(1)不互溶体系元素混合粉La +5Fe 在机械合金化过程中,两元素之间无明显的固态反应发生.β-La 向α-La 转变,最终形成非晶La .α-Fe 细化成纳米晶,最终结构为纳米晶Fe 和非晶La 的两相复合结构.(2)非晶La 热稳定性较低,很容易发生晶化、长大和氧化.La 分布在Fe 晶粒之间使纳米Fe 具有较好的热稳定性.(3)用Chakk 提出的原子尺寸模型能部分地解释观察到的实验现象.61第2期 任 山等:不互溶体系的机械合金化非平衡结构的研究62中山大学学报(自然科学版) 第36卷参考文献 1 K och C C,Cavin O B,M ckam ey C G,et al.Pr epa ration of a mor pho us Ni-N b by mechanical al-lo ying.Appl Phy s L ett,1983,43:10172 Gleiter H.N anocr ystalline ma teria ls.Pro g in M ateri Sci,1989,33:223～3153 Schw ar z R B,J oh nso n W L.For matio n of an amo rphous allo y by so lid sta te reaction o f the pur e po ly cry sta lline metals.Phy s Rev Le tt,1983,51:4154 Gaffet E,L ouiso n C,H a rmelin M,et al.M e ta stable phase tra nsfo rmations induiced by ball-milling in the Cu-W sy stem.M a ter Sci Eng,1991,A134:13805 Chakk Y,Berg er B,W eiss B Z,et al.So lid sta te a mor phiza tio n by mechanical a lloying-an a tom-istic model.Acta M etall M ater,1994,42:36796 Yav ari A R,Desre P J.T hermo dy namic and kinetic justifica tion fo r amo r phization by mechanicala lloying o f A-B metal co uples with ze ro hea t of mix ingΔHmix.Phy s Rev Let t,1990,65:25717 CRC Ha ndbo ok o f Chemistry&Ph ysics,CRC Press,Boca Ra ton,FL,64th ed.19838 Ov id′ko I A.O n mecha nisms fo r so lid sta te amo rphizing tra nsfo rms in metallic materials.J Ph ys D:Appl Phys,1991,24:2190M echanical Alloying and Nonequilibrium St ructure of Immicieble SystemRen Shan Hong Lan Lu Manqi Hu ZhuangqiAbstract By the use o f TEM,X RD,DSC,m echa nical alloying of im micieble La-Fe sy s-tem(atomic ra tio La∶Fe=1∶5)is inv estig ated.The results show that the tw o elementes don′t react with each other in La+Fe blended elem ent pow der during ball milling.Theβ-La firstly transform s intoα-La,and forms amo rphous La after55hours milling.At the same time Fe fo rms nano-sized g rains with amo rphous La distributed betw een Fe g rains, and due to this structio n the nano-sized Fe g rains possess g ood thermo stability.The theo-ry of a tom size model can par tially ex plain the experimental results.Keywords immicieble sy stem,nanocrystalline,m echanical a lloying,La-Fe Depar tment o f Physics,Zho ngshan U niv ersity,Gua ng zho u510275。
