近日，北京理工大學材料學院薛云飛教授聯合清華大學航天航空學院李曉雁教授等在金屬材料領域頂級期刊《Acta Materialia》發表了題為“Dynamic deformation behaviors and mechanisms of CoCrFeNi high-entropy alloys”的研究論文。北京理工大學為第一完成單位，北京理工大學曹堂清博士和清華大學張倩博士為共同第一作者，薛云飛教授和李曉雁教授為論文共同通訊作者。

這一研究工作揭示了FCC高熵合金在動態載荷下的塑性變形機制及其隨應變率的演化規律，將為具有優異動態力學性能的高熵合金的設計和應用提供指導。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645423006730

（DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119343）

研究團隊通過準靜態和動態力學測試，研究了面心立方（FCC）結構CoCrFeNi高熵合金在跨越八個量級應變率（5.0×10?5 /s-6.5×103 /s）范圍下的力學行為。研究發現：①相比傳統FCC金屬，高熵合金展示了更為顯著的應變率強化效應；②應變率敏感系數轉變所對應的臨界應變率明顯低于傳統FCC金屬。圍繞這些發現，研究團隊結合實驗表征和大規模分子動力學模擬，探究了典型FCC相高熵合金動態力學響應的微觀機理。

研究表明，FCC高熵合金顯著的應變率效應主要與高熵合金連續晶格畸變效應相關。一方面，高熵合金中位錯運動的阻力主要是這種連續晶格畸變帶來的短程應力場，其作用范圍只在幾十個原子內，所以這種阻力強烈受熱激活的影響，即表現出明顯的率相關性；另一方面，連續晶格畸變帶來的高聲子拖曳作用，導致高熵合金在高應變率變形時更早接近位錯速度上限，迫使位錯快速增殖導致應變率敏感系數突增現象向低應變率偏移；FCC高熵合金顯著的應變率強化作用且更低應變率下就能發生突增的特點，使其高應變率加載時更容易達到孿晶激活應力閾值，誘發大量形變納米孿晶，產生動態霍爾-佩奇效應，導致加工硬化能力的顯著提升。

圖1.（a-b）CoCrFeNi高熵合金應變率強化作用在高應變率下發生量級上的突變；（c-d）高應變率下位錯快速增值，且在屈服附近發生突增

圖2. 動態加載下CoCrFeNi高熵合金形變孿晶發生更早，形成更多，甚至形成二次孿晶：（a）4500s-1應變率下的變形組織；（b）10-3s-1應變率下的變形組織；（c）取相差分布統計，表明動態下孿晶含量更高

圖3 CoCrFeNi HEA的應變率為28.8%，應變率為4.5×103 s - 1。(a, b)變形HEA中的雙束。(b)中的插圖顯示了孿晶結構的選定區域電子衍射圖。

圖4 CoCrFeNi HEA在真應變下的平均取向偏差(KAM)圖在不同應變速率下為16.2%。(a)應變速率為1×10-3 s-1時CoCrFeNi HEA的KAM圖。(b)應變速率為4.5x103 s-1時CoCrFeNi HEA的KAM圖。高角度晶界用黑線表示。

圖5 在應變速率為8×109 s-1的形變試樣中形成層次孿晶。(a)晶界位錯發射。(b-c)初生孿晶的形核和生長(T1)。(d-e)次生孿晶的形核和生長(T2)。(f)初級和次級孿晶之間的相互作用。白色和黃色分別代表主孿晶和次孿晶。