【摘 要】
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体心立方（BCC）难熔高熵合金具有高强度、高硬度、优异的耐腐蚀性、良好的高温性能,在高温应用领域展现出了强大的潜力。然而,在包含前过渡族元素（Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,W,Mo等）的BCC基难熔高熵合金中,由于元素偏析通常会同时存在两个BCC固溶体相,易发生BCC相分离的现象,这并不利于合金性能的提升。尤其对于Zr/Ti/Hf-Nb/Ta系列的轻质难熔高/中熵合金来说,大量研究表明Zr、Ti、
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体心立方（BCC）难熔高熵合金具有高强度、高硬度、优异的耐腐蚀性、良好的高温性能,在高温应用领域展现出了强大的潜力。然而,在包含前过渡族元素（Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,W,Mo等）的BCC基难熔高熵合金中,由于元素偏析通常会同时存在两个BCC固溶体相,易发生BCC相分离的现象,这并不利于合金性能的提升。尤其对于Zr/Ti/Hf-Nb/Ta系列的轻质难熔高/中熵合金来说,大量研究表明Zr、Ti、Hf与其他BCC稳定元素（Mo、Nb、V、Ta等）等摩尔比例混合时同样会存在BCC相分离的现象;当BCC稳定元素不足时,一些亚稳相如α’相和α’’相会从Zr-Ti-Hf基高熵合金的BCC基体中析出,对合金的力学性能造成不利的影响。因此需要合理匹配合金组成元素的比例从而保证合金的BCC结构稳定性。本文通过团簇式成分设计方法设计系列Zr-Ti（Hf）-Nb合金,并选取系列BCC基合金进行添O处理,采用真空电弧熔炼设备制备系列合金,并通过XRD（X射线衍射分析）、光学显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）对合金的微观组织结构进行表征,通过显微硬度试验、拉伸试验、阻尼测试等实验手段对合金的性能进行测试,结论如下:（1）对于[Zr-Zr14]（Zr,Nb）3系列合金,随着Nb含量的增加,合金基体由HCP-α相向BCC-β相转变,并伴随着亚稳相α’、ω的析出,[Zr-Zr14]（Nb）3合金在BCC基体上仍存在少量ω相的析出,这表明只添加Nb元素很难消除合金中的亚稳ω相。（2）适量Ti（～5.56 at.%）的添加会显著抑制合金中亚稳ω相的析出,进一步提高合金T1-[Ti-Zr14]（Nb3）的BCC-β结构稳定性;然而当Ti进一步替代合金中的Nb时会降低合金T3-[Ti-Zr14]（Ti2Nb）的BCC-β结构稳定性,导致大量ω相的析出,使合金在拉伸过程中发生脆性断裂。（3）Zr、Ti、Hf、Nb近等比例混合会使合金H3-[Ti-Zr8Hf4Ti2]（Nb3）具有单相BCC结构。BCC-β系列合金展现出良好的力学性能(σYS=540～662 MPa,σUTS=588～754 MPa,δ=14.2～15.6%,E=57～71 GPa)。其中合金H2-[Ti-Zr8Hf6]（Nb3）由于少量的?相在BCC基体上析出,因此具有更高的强度(σYS=662 MPa,σUTS=754 MPa)。（4）O的添加会同时提高合金H3-[Ti-Zr8Hf4Ti2]（Nb3）的强度和塑性,其中H3-1.8O合金具有优异的综合力学性能(σYS=966 MPa,δ=15.1%)以及良好的阻尼性能(tanφmax=0.024),这是由于O的间隙强化、有序络合物的形成、低弹性模量以及O原子带来的Snoek效应共同的结果。
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