导读

采用20 kHz功率超声对高熵FeCoNi2Al0.9合金的凝固过程进行调制，最大振幅为13 μm。静态凝固共晶组织由L12相和B2相组成，以K-S协同关系生长。随着超声振幅的增加，共晶胞宽度和规则片层间距显著细化，L12/B2界面严格半共格比例增加，各共晶相溶质浓度波动明显抑制。稳态空化和声流对共晶组织演化有显著影响，这为提高具有共晶结构的高熵合金的力学性能和克服强度-延性平衡提供了有效途径。

AlCoCrFeNi2.1、Al0.9 CoCrFeNi2和Al0.7CoCrFeNi等具有共晶结构的高熵合金因其优异的力学性能而受到广泛关注。目前，采用了各种方法和途径进一步优化合金性能。然而，这些方法都是基于固态加工，很少有报道关注液固转变来调节微观结构和提高力学性能。这极大地限制了高熵合金铸件的发展和潜在应用。

超声凝固作为一种具有悠久历史的高效环保加工技术，已广泛应用于铝、镁合金的科研和工业生产。前期研究表明，超声显著改变了Sn-Pb和Al-Si共晶合金的形核和生长特性，也可以合理推测超声可以调节高熵合金的共晶组织。然而，由于高熵合金的液相温度较高，超声波凝固的报道非常罕见，这给超声应用带来了技术障碍。

为此，西北工业大学王建元教授团队选择了具有共晶结构的高熵FeCoNi2Al0.9合金作为研究对象，将不同振幅的20 kHz超声成功应用于该合金，液相线温度高达1 673 K。详细研究了不同超声条件下共晶的演化过程和力学性能，并讨论了超声场作用下的动态凝固机理。研究成果以题为“Strength and ductility enhancement of high-entropy FeCoNi2Al0.9 alloy by ultrasonically refining eutectic structures” 发表于期刊《Scripta Materialia》。

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凝固过程显示，凝固组织由L12和B2共晶相组成，其晶格常数在超声作用下明显增加。随着超声幅值的增大，层状共晶结构随着体积分数的增大而显著细化，共晶相之间的相干度显著增强。超声还能促进共晶生长过程中溶质的扩散，抑制L12和B2相的微偏析。

稳态空化和声流是影响共晶组织演化的主要因素，同时提高了合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率，其最大值分别提高了23%、21%和19%。结果表明，超声凝固是改善共晶组织高熵合金力学性能的有效途径。

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