摘要: 高熵合金具有良好的抗辐照性、耐磨性与热稳定性，特别是单相面心立方(FCC)结构的FeCoNiCr合金拥有优异的塑性，加工性能良好，是制造高性能零件的潜在候选材料。然而，当微型零件的尺寸降低到微米级或亚毫米级，产生的尺寸效应导致摩擦阻力提高、成形... 展开 高熵合金具有良好的抗辐照性、耐磨性与热稳定性，特别是单相面心立方(FCC)结构的FeCoNiCr合金拥有优异的塑性，加工性能良好，是制造高性能零件的潜在候选材料。然而，当微型零件的尺寸降低到微米级或亚毫米级，产生的尺寸效应导致摩擦阻力提高、成形性能降低，从而降低零件的精度以及表面质量。为满足材料所需的加工性能，通过引入超低温变形条件，达到改善材料的塑性的目的，但同时也会带来变形抗力的增加。因此，需要利用先进的微成形工艺对这些问题进行改善。超声辅助微成形工艺，因其体积效应与表面效应的存在，能够降低成形力、改善表面质量，有望实现高质量、高精度的高熵合金微型零件的生产制造。然而，微成形过程中的流动应力将受到超声效应与尺寸效应的影响，对于合金薄板的力学性能影响与组织演化行为缺乏深入的研究。本课题旨在研究超声振动对于材料在不同变形温度下的力学性能影响规律，揭示超声振动下高熵合金在介观尺度的塑性变形机理，为后续成形工艺提供理论依据。 本文通过真空熔炼与轧制工艺制备了FeCoNiCr高熵合金薄板，采用退火热处理对晶粒尺寸进行了调控。通过常温与超低温单向拉伸实验，研究了晶粒尺寸、变形温度和超声条件对合金强度、塑性、流动应力、加工硬化行为和表面粗化现象的影响规律。在未施加超声振动时，发现合金的强度与流动应力随着晶粒尺寸的减小而提高，当板厚与晶粒尺寸之比(t/d)在6~8时出现拐点，流动应力变化偏离Hall-Petch关系，产生尺寸效应。当温度由293K降至93K时，合金的强度提高了约200~300MPa，延伸率由约60%提升至接近80%，加工硬化率提高，在硬化曲线第二阶段出现平台。同时，发现大晶粒下的表面粗糙度高于小晶粒，温度的降低使得表面粗糙度参数Sa与Sz都略有降低。经EBSD与TEM分析，可知温度降低导致微观组织发生改变，位错回复受到抑制，变形孪晶体积分数增加，位错密度上升。常温下的变形机制以位错运动为主，低温促进变形孪晶的产生使得变形机制转变为位错与变形孪晶共同作用。 施加超声振动后，发现超声产生了声学软化效应，较小振幅的软化效果较小，较大振幅下的流动应力降低程度约为50%；超声结束后产生了残余软化效应，较大振幅的软化效果更显著。且无论是常温还是低温下，超声振动结束后的加工硬化率明显提升。材料的延伸率也随着超声振动的加入得以提高，大振幅下的延伸率由无超声时的约60%提升至约90%，且在超声与低温的共同作用下，延伸率得到进一步提高。超声产生的表面效应使得表面的凸起与凹陷逐渐变得平整，因此表面粗糙度参数Sa与Sz发生明显降低。基于EBSD与TEM分析，发现超声振动降低了总的位错密度，同时促进了变形孪晶的产生，从而使得超声结束后的阶段的延展性增加。 基于表面层模型与位错演化理论，考虑了晶粒尺寸、变形温度的影响，构建并验证了FeCoNiCr合金薄板超声辅助成形的流动应力本构模型，与实验结果相吻合，得到的本构模型可以为单相面心立方结构的高熵合金在介观尺度微成形过程中的流动应力变化趋势提供预测与指导作用。 收起