CN115386774B - 一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金及其制备方法，属于难熔高熵合金技术领域。所述难熔高熵合金的原子百分比表达式为Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，通过调控难熔高熵合金的组成成分及各成分含量，使该难熔高熵合金在变形过程中发生马氏体相变，从而获得优异的均匀变形能力以及较高的抗拉强度；该难熔高熵合金的制备工艺简单，原料易于获取，易于实现大量化生产，有利于扩大难熔高熵合金的应用范围。

Description

一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金及其制备方法，属于难熔高熵合金技术领域。

背景技术

高熵合金是近年来新发展的一类新型合金，其独特的多主元设计理念极大拓宽了合金的成分设计空间，为开发新型高性能合金拓宽了思路。目前，根据主元类型，高熵合金可以分为以下几类：1)以Co、Cr、Fe、Mn、Ni等第四周期过渡金属(3d过渡金属)为主元的高熵合金，该类高熵合金的相结构往往以FCC结构为主相，典型的合金如CoCrFeNi，CoCrFeNiMn，CoCrFeNiCu等；2)在3d过渡金属高熵合金中加入Al元素，随着Al元素的增多，高熵合金中将逐渐引入BCC相，此时合金强度有大幅提升，同时塑形降低，通过合适的变形热处理工艺，可获得良好的强塑性匹配；3)由难熔金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W等组成的难熔高熵合金，其相结构多以BCC结构为主，如TiZrHfNb，TiZrHfNbTa等，该类合金往往具有良好的高温强度以及抗辐照性能；4)由Mg、Al、Li、Ca等低密度元素为主元的超轻高熵合金，该类高熵合金具有高比强度，但往往因包含大量脆性相导致合金无拉伸塑性；5)另外，以稀土金属为主元以及以Au、Pt、Pd等贵金属为主元的高熵合金也有报道。

难熔高熵合金由于其宽温域下的高强度特征受到人们的广泛关注，极大拓宽了其工程应用。然而目前报道的难熔高熵合金普遍不具有均匀变形能力，即合金屈服后即发生颈缩，这极大限制了该类合金的工程应用。

发明内容

针对目前难熔高熵合金存在的问题，本发明提供一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金及其制备方法，通过调控难熔高熵合金的组成成分及各成分含量，使该难熔高熵合金在变形过程中发生马氏体相变，从而获得优异的均匀变形能力以及较高的抗拉强度；该难熔高熵合金的制备工艺简单，原料易于获取，易于实现大量化生产，有利于扩大难熔高熵合金的应用范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金，所述难熔高熵合金的原子百分比表达式为Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，5≤a≤65，5≤b≤65，70≤a+b≤90，0≤c＜30，0≤d＜30，0≤e＜30，10≤c+d+e≤30，当M含有Ti元素时0＜f＜5，此时a+b+c+d+e+f＝100，M不含有Ti元素时0≤f≤10，此时a+b+c+d+e+f＝100；所述难熔高熵合金的相结构以体心立方(BCC)相为主，其晶格畸变大于10KJ/mol(基于Melnick晶格畸变计算方法获得)，在变形时可发生BCC向面心立方(FCC)形变诱导马氏体相变。

进一步地，Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f中，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，15≤a≤55，15≤b≤55，70≤a+b≤85，0≤c＜30，0≤d＜30，0≤e＜30，15≤c+d+e≤30，c、d和e中至少两者不为0，0≤f＜5，且a+b+c+d+e+f＝100。

进一步地，Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f中，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，15≤a≤55，15≤b≤55，0≤f＜5，75≤a+b+f≤85，0≤c＜25，0≤d＜25，0≤e＜25，15≤c+d+e≤25，c、d和e中至少两者不为0，且a+b+c+d+e+f＝100。

优选所述M为Ti、Mo、W、Cr、Al、Mg、Be、O、N以及稀土元素中的至少一种。

一种本发明所述难熔高熵合金的制备方法，具体步骤如下：

按照所述难熔高熵合金中各元素的原子百分比，称取各元素对应的单质并放入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空后充入保护气体，在保护气氛下进行合金化熔炼，得到兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金。

优选熔炼炉抽真空后真空度小于等于3×10^-3Pa；优选保护气氛为氩气。

有益效果：

本发明针对传统难熔高熵合金均匀延伸率不足的现象，通过控制BCC稳定元素(V、Nb、Ta、Mo、W等元素)含量范围设计具有形变诱发相变特性的难熔高熵合金，同时通过调控大原子尺寸元素Zr、Hf的含量保证高熵合金的晶格畸变能在10KJ/mol以上以调控相变路径，最终使得本发明所述的难熔高熵合金在变形过程中可发生BCC至FCC的马氏体相变，有效提高难熔高熵合金的均匀延伸率，最高均匀延伸率可达55％以上，并兼具高抗拉强度(最高抗拉强度可超过860MPa)。本发明所述难熔高熵合金密度大范围可调，在航空航天、汽车、先进制造、新能源等领域具有巨大应用潜力，制备方法操作简单，工艺稳定，原材料无毒无害，易于获取。

附图说明

图1为实施例1所制备的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金的金相照片。

图2为实施例1所制备的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金中BCC基体相和FCC淬火马氏体相在透射电子显微镜下的明场相组织照片和选区电子衍射照片图。

图3为实施例1所制备的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金中α”淬火马氏体相在透射电子显微镜下的明场相组织照片和选区电子衍射照片。

图4为实施例1所制备的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金的工程应力应变曲线。

图5为实施例1所制备的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金变形15％后的透射电子显微镜微观组织照片，a为明场相组织照片，b为FCC淬火马氏体相(FCC_QM)的选区电子衍射照片，c图为FCC形变马氏体相(FCC_DM)的选区电子衍射照片。

图6为实施例1所制备的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金变形15％后的透射电子显微镜微观组织照片，a为明场相组织照片，b和c为α”马氏体相的选区电子衍射照片。

图7为实施例2所制备的Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金的工程应力应变曲线。

图8为实施例2所制备的Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金变形15％后的FCC淬火马氏体相(FCC_QM)和FCC形变马氏体相(FCC_DM)的透射电子显微镜眀场相组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

以下实施例中：

高真空非自耗电弧熔炼炉：中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司生产的DHL-400型高真空非自耗电弧熔炼炉；

高真空电弧熔炼-翻转浇铸系统：沈阳好智多新材料制备技术有限公司生产；

金相组织分析：采用德国蔡司Axio observer A1m型研究级金相显微镜观察所制备的难熔高熵合金的金相组织；其中，对于尺寸为10mm×10mm×5mm的样品，先用热镶机进行镶嵌，再依次用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#、3000#、5000#、7000#砂纸打磨，再用粒度为0.02μm的二氧化硅悬浊液抛光，最后采用由质量分数为40％的HF、质量分数为65％～68％的HNO₃和H₂O按照1:3:20的体积比配制的腐蚀剂浸泡5s～30s，制备成金相分析用试样；

微观组织分析：采用日本电子2100F型号透射电子显微镜观察所制备的难熔高熵合金的微观组织；其中，依次用400#、600#、1200#、1500#、2000#、3000#砂纸将样品打磨至厚度50μm以下，然后利用由高氯酸、丁醇和去离子水按照6:35:59的体积比配制成的双喷腐蚀液于-25℃进行双喷处理，制备成TEM测试用试样；

准静态拉伸力学性能测试：依据标准GB/T228.1-2010，采用CMT4305型微机电子万能试验机进行室温轴向准静态拉伸试验，应变率选择为10^-3s^-1，测试试样为非标工字形件，厚1.0mm，宽3.14mm，平行段长度10mm，标距长度5mm：抗拉强度、均匀延伸率等力学性能参数的获取均基于工程应力应变曲线，其中，抗拉强度为难熔高熵合金所能承载的最大工程应力，均匀延伸率为难熔高熵合金载荷达到抗拉强度时对应的工程应变值；

密度测定：采用阿基米德排水法测量，具体操作步骤如下：将实施例中所述难熔高熵合金制备成3个的圆柱体试样，测量前先放入盛有无水酒精的烧杯中，超声振荡清洗10min，取出后吹干，再采用DT-100精密天平(精度0.1mg)称量每个试样干重M₁，每个试样称量3次，以减小测量误差；然后，再称量每个试样在水中的质量M₂，每个试样称量3次；最后，按如下公式进行密度计算，

式中，ρ₀为水的温度，0.9982g/cm³(20℃)；ρ_l为空气密度，0.0012g/cm³。

晶格畸变计算方式：利用文献Thermodynamic design of high-entropyrefractory alloys(A.B.Melnick,V.K.Soolshenko,Journal of Alloys and Compounds694(2017)223-227)所述的计算方法计算。

实施例1

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金的具体制备步骤如下：

(1)采用纯度99.7wt％以上的单质Zr、Hf、Nb、Ta作为原料，先用砂轮打磨除去上述单质原料表面的氧化皮，再使用无水乙醇进行超声波震荡清洗，最后干燥，得到洁净的单质原料；按照Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3中各元素的原子百分比称量各元素所对应的洁净的单质原料，且总质量为(80±0.01)g；

(2)将称量好的四种单质原料放入高真空非自耗电弧熔炼炉中的水冷铜坩埚中，然后抽真空，待炉内的真空度达到3×10^-3Pa后，充入氩气作为保护气体，之后在保护气体下进行合金化熔炼，熔炼过程中利用电磁搅拌使合金均匀化，熔炼10min使合金液冷却得到合金锭Ⅰ，将合金锭Ⅰ翻转，继续重复熔炼3次以提高成分均匀性，得到合金锭II；

(3)熔炼制备三个合金锭II，并将三个合金锭II置于高真空电弧熔炼-翻转浇铸系统中，对炉腔抽真空，待真空度达到4×10^-3Pa后，充入氩气；在氩气保护下进行熔炼，加热电流由20A逐步增大至500A，待合金锭II完全熔化后将合金液浇铸到铜制模具(型腔尺寸为Φ10mm×60mm)中成型，得到Zr_26.7Hf_53.3Nb_6.7Ta_13.3难熔高熵合金棒材。

图1为所制备的难熔高熵合金的金相照片，从图中可以看出，所制备的难熔高熵合金的晶粒尺寸约为500μm。

图2和图3为所制备的难熔高熵合金的透射电子显微镜表征结果，表明所制备的难熔高熵合金存在BCC基体相、FCC淬火马氏体相和α”马氏体相。

经过密度测试可知，所制备的难熔高熵合金的密度为11.9g/cm³。

图4为所制备的难熔高熵合金的工程应力应变曲线，该难熔高熵合金的抗拉强度达到～865MPa，均匀延伸率达到～56％，综合力学性能优越。

利用电子万能试验机将该难熔高熵合金的工字形件拉伸至塑性变形15％，然后进行卸载，对15％变形后的样品进行结构表征。图5和图6为所制备的难熔高熵合金变形15％后的透射电子显微镜表征结果，表明该难熔高熵合金变形过程中发生了BCC向FCC和α”的形变诱导马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。同时FCC马氏体相包含大量位错，而α”位错含量较低，表明难熔高熵合金大高延伸率主要来自TRIP效应和FCC马氏体相的优异变形能力。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为12.45KJ/mol。

实施例2

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、V、Nb、Ta五种元素对应的单质为原料，且五种单质原料按照Zr、Hf、V、Nb以及Ta的原子百分比30：50：6：7：7进行称量。相应地，得到Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金的密度为10.9g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金的抗拉强度达到～854MPa，均匀延伸率～51％，如图7所示。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₀V₆Nb₇Ta₇难熔高熵合金的晶粒尺寸约为600μm，存在BCC基体相、FCC淬火马氏体相和α”马氏体相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC和α”的形变诱导马氏体相变(如图8所示)，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。与实施例1类似，所产生的FCC马氏体具有优异的塑性变形能力，并产生了大量位错，保证合金的高均匀延伸率。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为17.89KJ/mol。

实施例3

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₅₄Hf₁₈Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、Nb、V、Ta五种元素对应的单质为原料，且五种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V以及Ta的原子百分比54：18：9：9：10进行称量。相应地，得到Zr₅₄Hf₁₈Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₅₄Hf₁₈Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的密度为8.8g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₅₄Hf₁₈Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的抗拉强度达到～721MPa，均匀延伸率～27％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₅₄Hf₁₈Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为22.36KJ/mol。

实施例4

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₆₂Hf₁₀Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：以Zr、Hf、Nb、V、Ta五种元素对应的单质为原料，且五种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V以及Ta的原子百分比62：10：9：9：10进行称量。相应地，得到Zr₆₂Hf₁₀Nb₉V₉Ta₁₀棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₆₂Hf₁₀Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的密度为8.1g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₆₂Hf₁₀Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的抗拉强度达到～706MPa，均匀延伸率～23％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₆₂Hf₁₀Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为22.62KJ/mol。

实施例5

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₁₀Hf₆₂Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：以Zr、Hf、Nb、V、Ta五种元素对应的单质为原料，且五种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V以及Ta的原子百分比10：62：9：9：10进行称量。相应地，得到Zr₁₀Hf₆₂Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₁₀Hf₆₂Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的密度为12.5g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₁₀Hf₆₂Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的抗拉强度达到～698MPa，均匀延伸率～21％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₁₀Hf₆₂Nb₉V₉Ta₁₀难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为20.92KJ/mol。

实施例6

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₃₀Hf₅₈Nb₄V₄Ta₄难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：以Zr、Hf、Nb、V、Ta五种元素对应的单质为原料，且五种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V以及Ta的原子百分比30：58：4：4：4进行称量。相应地，得到Zr₃₀Hf₅₈Nb₄V₄Ta₄难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₈Nb₄V₄Ta₄难熔高熵合金的密度为10.9g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₈Nb₄V₄Ta₄难熔高熵合金的抗拉强度达到～746MPa，均匀延伸率～23％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₈Nb₄V₄Ta₄难熔高熵合金的晶粒尺寸约为600μm，存在BCC相、FCC淬火马氏体相和α”淬火马氏体相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC和α”的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为13.16KJ/mol。

实施例7

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₁₇Hf₅₄Nb₂₃Ta₆难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、Nb、Ta四种元素对应的单质为原料，且四种单质原料按照Zr、Hf、Nb以及Ta的原子百分比17：54：23：6进行称量。相应地，得到Zr₁₇Hf₅₄Nb₂₃Ta₆难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄Nb₂₃Ta₆难熔高熵合金的密度为11.4g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄Nb₂₃Ta₆难熔高熵合金的抗拉强度达到～768MPa，均匀延伸率～35％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄Nb₂₃Ta₆难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为13.51KJ/mol。

实施例8

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₁₇Hf₅₄V₆Ta₂₃难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、V、Ta四种元素对应的单质为原料，且四种单质原料按照Zr、Hf、V以及Ta的原子百分比17：54：6：23进行称量。相应地，得到Zr₁₇Hf₅₄V₆Ta₂₃难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄V₆Ta₂₃难熔高熵合金的密度为12.9g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄V₆Ta₂₃难熔高熵合金的抗拉强度达到～783MPa，均匀延伸率～34％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄V₆Ta₂₃难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为19.41KJ/mol。

实施例9

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₁₇Hf₅₄V₂₃Nb₆难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、V、Nb四种元素对应的单质为原料，且四种单质原料按照Zr、Hf、V以及Nb的原子百分比17：54：23：6进行称量。相应地，得到Zr₁₇Hf₅₄V₂₃Nb₆难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄V₂₃Nb₆难熔高熵合金的密度为10.7g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄V₂₃Nb₆难熔高熵合金的抗拉强度达到～791MPa，均匀延伸率～34％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₁₇Hf₅₄V₂₃Nb₆难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该合金的晶格畸变能约为30.81KJ/mol。

实施例10

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₃₀Hf₅₀Nb₆V₅Ta₅Ti₄难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、Nb、V、Ta、Ti六种元素对应的单质为原料，且六种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V、Ta以及Ti的原子百分比30：50：6：5：5：4进行称量。相应地，得到Zr₃₀Hf₅₀Nb₆V₅Ta₅Ti₄难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₀Nb₆V₅Ta₅Ti₄难熔高熵合金的密度为10.7g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₀Nb₆V₅Ta₅Ti₄难熔高熵合金的抗拉强度达到～797MPa，均匀延伸率～48％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₃₀Hf₅₀Nb₆V₅Ta₅Ti₄难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相、FCC淬火马氏体相和α”淬火马氏体相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC和α”的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为15.92KJ/mol。

实施例11

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₂₅Hf₅₀Nb₇V₅Ta₅Al₈难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、Nb、V、Ta、Al六种元素对应的单质为原料，且六种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V、Ta以及Al的原子百分比25：50：7：5：5：8进行称量。相应地，得到Zr₂₅Hf₅₀Nb₇V₅Ta₅Al₈难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₂₅Hf₅₀Nb₇V₅Ta₅Al₈难熔高熵合金的密度为10.8g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₂₅Hf₅₀Nb₇V₅Ta₅Al₈难熔高熵合金的抗拉强度达到～744MPa，均匀延伸率～23％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₂₅Hf₅₀Nb₇V₅Ta₅Al₈难熔高熵合金的晶粒尺寸约为700μm，存在BCC相、FCC淬火马氏体相和α”淬火马氏体相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC和α”的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为15.73KJ/mol。

实施例12

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₂₇Hf₅₂Nb₇V₅Ta₅Al₄难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、Nb、V、Ta、Al六种元素对应的单质为原料，且六种单质原料按照Zr、Hf、Nb、V、Ta以及Al的原子百分比27：52：7：5：5：4进行称量。相应地，得到Zr₂₇Hf₅₂Nb₇V₅Ta₅Al₄难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₂₇Hf₅₂Nb₇V₅Ta₅Al₄难熔高熵合金的密度为11.0g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₂₇Hf₅₂Nb₇V₅Ta₅Al₄难熔高熵合金的抗拉强度达到～844MPa，均匀延伸率～43％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₂₇Hf₅₂Nb₇V₅Ta₅Al₄难熔高熵合金的晶粒尺寸约为600μm，存在BCC相、FCC淬火马氏体相和α”淬火马氏体相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC和α”的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为15.89KJ/mol。

实施例13

一种兼具高强度和高均匀延伸率的Zr₂₄Hf₅₅Nb₉Ta₉Fe₃难熔高熵合金的制备步骤，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤(1)中以Zr、Hf、Nb、Ta、Fe五种元素对应的单质为原料，且五种单质原料按照Zr、Hf、Nb、Ta以及Fe的原子百分比24：55：9：9：3进行称量。相应地，得到Zr₂₄Hf₅₅Nb₉Ta₉Fe₃难熔高熵合金棒材。

经过密度测试可知，所制备的Zr₂₄Hf₅₅Nb₉Ta₉Fe₃难熔高熵合金的密度为11.5g/cm³。

根据力学性能表征结果可知，所制备的Zr₂₄Hf₅₅Nb₉Ta₉Fe₃难熔高熵合金的抗拉强度达到～750MPa，均匀延伸率～28％。

根据透射电子显微镜的表征结果可知，所制备的Zr₂₄Hf₅₅Nb₉Ta₉Fe₃难熔高熵合金的晶粒尺寸约为600μm，存在BCC相、FCC淬火马氏体相和α”淬火马氏体相。该难熔高熵合金变形15％后，发生了BCC向FCC和α”的形变马氏体相变，产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)。

利用Melnick晶格畸变能计算方法，计算获得该难熔高熵合金的晶格畸变能约为15.29KJ/mol。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金，其特征在于：所述难熔高熵合金的原子百分比表达式为Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，5≤a≤65，5≤b≤65，70≤a+b≤90，0≤c＜30，0≤d＜30，0≤e＜30，10≤c+d+e≤30，当M含有Ti元素时0＜f＜5，M不含有Ti元素时0≤f≤10，a+b+c+d+e+f＝100。

2.根据权利要求1所述的一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金，其特征在于：Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f中，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，15≤a≤55，15≤b≤55，70≤a+b≤85，0≤c＜30，0≤d＜30，0≤e＜30，15≤c+d+e≤30，c、d和e中至少两者不为0，0≤f＜5，且a+b+c+d+e+f＝100。

3.根据权利要求1所述的一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金，其特征在于：Zr_aHf_bV_cNb_dTa_eM_f中，M为Ti、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cr、Zn、Ni、Cu、Al、Mg、Be、Si、C、O、N、B以及稀土元素中的至少一种，15≤a≤55，15≤b≤55，0≤f＜5，75≤a+b+f≤85，0≤c＜25，0≤d＜25，0≤e＜25，15≤c+d+e≤25，c、d和e中至少两者不为0，且a+b+c+d+e+f＝100。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金，其特征在于：M为Ti、Mo、W、Cr、Al、Mg、Be、O、N以及稀土元素中的至少一种。

5.一种如权利要求1至3任一项所述的兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

按照所述难熔高熵合金中各元素的原子百分比，称取各元素对应的单质并放入熔炼炉中，对熔炼炉抽真空后充入保护气体，在保护气氛下进行合金化熔炼，得到兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金。

6.根据权利要求5所述的一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：熔炼炉抽真空后真空度小于等于3×10^-3Pa。

7.根据权利要求5所述的一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：保护气氛为氩气。