優異的延展性不僅對成形至關重要，而且對強化金屬和合金也至關重要。迄今為止，廣泛使用的共晶合金在先進結構材料中，遇到了延性有限和競爭力下降的問題。

日前，來自西北工業大學、韓國浦項科技大學、日本東北大學等單位的研究者報告了一種獨特的相選擇再結晶概念，通過完全觸發雙相的應變硬化能力，來克服共晶合金的這一挑戰。在FCC/B2共晶高熵合金中，獲得了35%的均勻延伸率和接近2 GPa的斷裂真應力。相關論文以題為“Phase-selective recrystallization makes eutectic high-entropy alloys ultra-ductile”發表在Nature Communications上。

論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-022-32444-4

共晶合金在人類文明史上占據了主導地位。例如，農業社會中的鑄鐵，現代工業中的鑄造鋁合金，以及先進金屬材料中的共晶高熵合金。優良的可澆注性，無偏析/缺陷，以及自生的雙相使共晶合金在低成本的量產和平衡的強度-塑性組合方面具有顯著優勢。然而，隨著先進結構材料的快速發展，這些優勢正在消失，因為共晶合金的變形性能不理想。

共晶合金，在單軸拉伸過程中，弱界面(包括硬相的相界(PBs)和晶界(gb))的開裂導致合金過早失效。這種情況，導致共晶合金的拉伸伸長率較低，即使它們的相都是應變硬化的。延緩裂紋萌生和阻止裂紋擴展是迄今為止維持共晶合金應變硬化的唯一成功途徑：例如，通過控制凝固過程細化組織，通過熱成形或嚴重塑性變形再結晶兩相，然后進行后續退火。雖然這些方法，延緩了共晶合金的早期斷裂，但由于大量裂紋形核，共晶相的應變淬煉性并沒有被充分觸發，因此，獲得超塑性塊狀共晶合金仍然具有挑戰性。

在此，研究結果表明，相選擇再結晶(PSR)，可以充分利用共晶中兩相的應變硬化能力，從而獲得超塑性共晶合金。研究者對共晶高熵合金(EHEA)中兩相的應變分配行為進行調控，得到了完全再結晶的軟相嵌在硬相骨架中的相選擇性再結晶顯微組織。由此產生的微觀組織消除了弱邊界，充分釋放了EHEA的應變硬化能力。相選擇性再結晶EHEA，在真應力為~ 2 GPa的情況下，獲得了~ 35%的高延性均勻伸長率。這一概念適用于各種具有軟硬相的雙相合金，為傳統共晶合金作為高強度金屬材料開辟了新領域。

圖1 PSR EHEA的顯微組織和力學性能。

圖2 PSR EHEA的斷裂機制。

圖3 PSR EHEA的變形機理。

圖4 PSR的加工路線及形成機制。

綜上所述，研究者提出了一種通用的相選擇性再結晶方法來提升共晶合金塑性。相選擇性再結晶，即軟相的單獨再結晶和硬相的恢復，是通過調整共晶兩相之間的應變分配行為實現的。與傳統的共晶合金加工方法相比，相選擇性再結晶通過消除弱邊界來防止過早斷裂，從而通過位錯倍增和潛在相變激發兩相具有本質優越的應變硬化能力。在典型的FCC/B2 EHEA中，獲得了~ 35%的均勻伸長率和~ 2 GPa的真應力。以應變分配為主的相選擇性再結晶機制保證了其在其他雙相合金中的良好適應性，A357合金證明了這一點。這一策略結合了共晶合金優異的可鑄造性和強化能力，將開辟共晶合金作為高強度金屬材料的新領域。