在 1150°C 下使用高温退火炉处理高熵合金 (HEA) 的主要目的是实现微观结构的均匀化和相的稳定。通过将合金在此特定温度下处理 24 至 72 小时，该过程消除了铸造和加工过程中自然产生的化学不一致和结构缺陷。这种处理将材料转变为均匀的单相固溶体，这对于一致的机械性能至关重要。
核心要点 铸造和冷轧处理后，高熵合金会存在不均匀的化学分布和内部应力。在 1150°C 下进行退火可提供必要的热能，使原子扩散形成均匀的结构，确保材料达到稳定的单相状态，并且没有残余应力。
实现微观结构的均匀化
高熵合金面临的直接挑战是其化学成分复杂。当这些合金铸造时，它们很少能达到完全均匀的状态。
消除化学偏析
在初始铸造过程中，合金中的不同元素可能会聚集在一起或分布不均。这被称为化学偏析。
在 1150°C 下进行退火可提供足够的热能来激活材料中的原子。在 24 至 72 小时内，这些原子会扩散并均匀分布，消除偏析，形成化学成分均匀的结构。
溶解非平衡结构
铸造后的快速冷却通常会将合金困在“非平衡”状态，形成不需要的相或结构。
在此高温下保持合金，使其达到热力学平衡。这将溶解这些不稳定的结构，确保最终产品由所需的单相固溶体组成。
结构稳定化和应力消除
除了化学成分，还必须纠正合金内部晶粒的物理排列和内部力，以防止在使用过程中发生失效。
微观结构的球化
退火过程促进了球化，即内部碳化物或相的形状变为更球形。这种几何形状的变化降低了内部张力，并提高了合金的延展性和韧性。
消除残余应力
如果合金经过机械加工（例如冷轧），它将承受显著的内部应变，称为残余应力。
1150°C 的热能可以放松原子晶格，有效地释放这些残余应力。这一步对于防止材料在使用过程中意外翘曲或开裂至关重要。
理解权衡
虽然在 1150°C 下退火对于均匀化是必要的，但它也带来了一些必须加以管理的特定挑战，以避免材料降解。
表面降解风险
在高达 1150°C 的温度下，如果暴露在空气中，合金极易发生严重的氧化或脱碳。
虽然主要目标是内部重构，但必须严格控制炉内环境（通常使用高真空或惰性气体）以防止表面与氧气发生反应。没有这种控制，即使内部结构得到改善，材料的表面性能也可能被破坏。
晶粒生长考虑
长时间暴露于高温（长达 72 小时）会促进扩散，但也可能导致晶粒过度生长。
虽然目标是稳定化，但不受控制的晶粒生长有时会降低材料的屈服强度。退火时间必须平衡：足够长以均匀化化学成分，但又足够受控以保持最佳晶粒尺寸。
为您的目标做出正确选择
为了最大化高温退火的效益，请将工艺参数与您的特定材料目标相匹配。
- 如果您的主要重点是消除铸造缺陷：确保保温时间足够长（接近 72 小时），以允许完全的原子扩散并消除树枝状偏析。
- 如果您的主要重点是机械可靠性：优先消除冷轧产生的残余应力，以防止过早失效，并确保控制冷却速率以保持单相结构。
最终，1150°C 的退火过程是将原始的、化学成分偏析的铸造合金转化为稳定、高性能工程材料的关键桥梁。
总结表：
| 工艺目标 | 1150°C 下的机理 | 对高熵合金的好处 |
|---|---|---|
| 均匀化 | 24-72 小时的原子扩散 | 消除化学偏析和铸造缺陷。 |
| 相稳定性 | 溶解不稳定的结构 | 确保均匀的单相固溶体。 |
| 应力消除 | 晶格松弛 | 消除铸造或冷轧产生的内部应变。 |
| 微观结构 | 球化 | 通过精炼相的形状来提高延展性和韧性。 |
| 平衡 | 热力学稳定化 | 防止使用过程中发生不需要的相变。 |
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参考文献
- Bauyrzhan Amanzhulov, Maxim V. Zdorovets. Composition and Structure of NiCoFeCr and NiCoFeCrMn High-Entropy Alloys Irradiated by Helium Ions. DOI: 10.3390/ma16103695
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
