導(dǎo)讀：具有面心立方晶格的高熵合金(HEAs)在低溫下具有良好的延展性，但屈服強(qiáng)度較低。為了解決這一問(wèn)題，本研究在典型的FCC Al0.1CoCrFeNi HEA中采用多軸低溫鍛造(MACF)制備了含有高密度位錯(cuò)的納米孿晶結(jié)構(gòu)。在77 K時(shí)，經(jīng)過(guò)5次MACF循環(huán)，Al0.1CoCrFeNi HEA具有1263 MPa的高抗拉屈服強(qiáng)度和30%的大塑性。探討了鍛造循環(huán)與微觀組織的相互作用，探討了納米孿晶與位錯(cuò)協(xié)同作用的強(qiáng)化機(jī)制。

面心立方(FCC)高熵合金(HEAs)因其在低溫下優(yōu)異的斷裂韌性和加工硬化能力，近年來(lái)引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，F(xiàn)CC HEAs屈服強(qiáng)度低，限制了其作為工程材料的廣泛應(yīng)用。

研究表明，高密度納米孿晶的存在可以有效地提高FCC合金的屈服強(qiáng)度，同時(shí)不犧牲合金的延展性。發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化機(jī)制主要是位錯(cuò)與共格孿晶界之間獨(dú)特的相互作用。最近也有報(bào)道稱，多軸低溫鍛造(MACF)技術(shù)是在Ti等金屬材料內(nèi)部生成高密度多尺度納米孿晶的可行方法。

利用MACF技術(shù)在典型的FCC Al0.1CoCrFeNi HEAs中創(chuàng)新性地制備了高密度納米孿晶，在保持良好延展性的同時(shí)顯著提高了其低溫屈服強(qiáng)度。然而，導(dǎo)致性能增強(qiáng)的潛在強(qiáng)化機(jī)制尚不清楚。更關(guān)鍵的是，不同鍛造周期產(chǎn)生的納米孿晶數(shù)量對(duì)力學(xué)性能的影響也沒(méi)有完全了解。因此，本研究通過(guò)MACF處理，在Al0.1CoCrFeNi HEAs中制備了不同鍛造周期的納米孿晶結(jié)構(gòu)。探討了多次鍛造制備的不同納米孿晶組織與低溫力學(xué)性能的相互作用，并詳細(xì)討論了相關(guān)強(qiáng)化機(jī)理。   

北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂昭平教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果以題為Enhancing cryogenic yield strength and ductility of the Al0.1CoCrFeNi high-entropy alloy by synergistic effect of nanotwins and dislocations發(fā)表在Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646223002191

圖1 (a) Al0.1CoCrFeNi HEA試樣經(jīng)不同MACF循環(huán)處理和77 K拉伸試驗(yàn)后的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(b)屈服強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨MACF循環(huán)次數(shù)的變化曲線。

圖2 不同鍛造循環(huán)下的組織演變。(a1) FG， (b1) MACF-1， (c1) MACF-3和(d1) MACF-5標(biāo)本的EBSD-BC圖譜。EBSD-IPF圖譜與(a2) FG、(b2) MACF-1、(c2) MACF-3和(d2) MACF-5標(biāo)本的BC圖譜重疊。(a3) FG， (b3) MACF-1， (c3) MACF-3和(d3) MACF-5標(biāo)本的EBSD-KAM圖。低角度晶界(LAGBs, 2°-10°)、高角度晶界(HAGBs， >10°)和孿晶界(TBs)分別用灰色、黑色和紅色線條表示。

圖3 (a) FG， (b) MACF-1， (c) MACF-3和(d) MACF-5標(biāo)本的BF-STEM圖像。高倍率(e) MACF-1標(biāo)本BF和(f) DF-STEM圖像。(b)中右下角的插圖是用黃色圓圈標(biāo)出的孿生區(qū)域?qū)?yīng)的SAED模式。

圖4 低溫拉伸變形后MACF-1試樣的EBSD (a) BC和(b) KAM圖。

綜上所述，Al0.1CoCrFeNi HEA采用不同的MACF工藝循環(huán)處理，成功地引入了高密度的位錯(cuò)和納米孿晶。結(jié)果表明，具有1次MACF循環(huán)的納米孿晶Al0.1CoCrFeNi HEA在液氮溫度下具有高屈服強(qiáng)度和良好延展性的獨(dú)特組合。我們的分析表明，高屈服強(qiáng)度歸因于位錯(cuò)和納米孿晶的協(xié)同作用，而良好的延性主要是由于納米孿晶的均勻分布抑制了局部應(yīng)力集中。本研究提供了一種可行的策略來(lái)優(yōu)化FCC HEAs在低溫下的力學(xué)性能，通過(guò)調(diào)節(jié)鍛造循環(huán)來(lái)改變位錯(cuò)和納米孿晶的分布。