高熵合金(HEA)或由多主元素組成的復(fù)合合金，由于其巨大的合金設(shè)計(jì)空間和獨(dú)特的性質(zhì)，如晶格畸變、緩慢擴(kuò)散和雞尾酒效應(yīng)，受到了廣泛的關(guān)注。然而，與傳統(tǒng)材料相比，HEAs中使用的大量合金元素導(dǎo)致其性能/成本比相對(duì)較低，從而限制了其工業(yè)應(yīng)用。因此，近年來的研究已轉(zhuǎn)向開發(fā)低成本的高能高能合金或具有優(yōu)異力學(xué)性能的中熵合金。盡管非等原子TRIP(高強(qiáng)度及高延性) HEA具有良好的應(yīng)變硬化能力，但其相對(duì)較低的屈服強(qiáng)度(YS)在實(shí)際應(yīng)用中仍有待提高。

在此，來自韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的Jin-KyungKim等研究者報(bào)道了新型面心立方Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.2Ti0.1V0.1Mo0.1高熵合金（HEA）的分層析出、連續(xù)變形誘導(dǎo)相變和增強(qiáng)背應(yīng)力強(qiáng)化。相關(guān)論文以題為“Hierarchical precipitates, sequential deformation-induced phase transformation, and enhanced back stress strengthening of the micro-alloyed high entropy alloy”發(fā)表在Acta Materialia上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964542200355X

采用常規(guī)強(qiáng)化機(jī)制強(qiáng)化的金屬材料，通常存在強(qiáng)度-延性平衡問題。為了克服HEAs中存在的這種權(quán)衡，大量的研究集中于激活各種強(qiáng)化機(jī)制，如第二相強(qiáng)化、固溶體硬化、微帶誘導(dǎo)塑性(MBIP)、孿晶誘導(dǎo)塑性(TWIP)和TRIP效應(yīng)。最近，人們提出了異質(zhì)變形誘發(fā)強(qiáng)化或背應(yīng)力強(qiáng)化機(jī)制的新概念。這種HDI強(qiáng)化源于受到非均勻塑性變形的非均勻微觀結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)產(chǎn)生幾何上必要的位錯(cuò)(GNDs)，顯示出與應(yīng)用應(yīng)力方向相反的遠(yuǎn)程背應(yīng)力。這一機(jī)理可以提高材料的抗塑性變形能力，從而提高材料的強(qiáng)度。HDI強(qiáng)化的應(yīng)用開辟了新的材料設(shè)計(jì)理念，以克服強(qiáng)度-延性的權(quán)衡。由于GND的形成強(qiáng)烈依賴于微觀組織的非均勻性，具有分級(jí)晶粒尺寸、位錯(cuò)分布不均、多相和析出相的微觀組織可能是高密度GND的來源。

在此，研究者報(bào)道了新型面心立方Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.2Ti0.1V0.1Mo0.1HEA的顯微組織和變形機(jī)制。600℃退火后的材料中存在3種類型的析出相：σ相、富Cr MC-型碳化物和納米級(jí)(Ti、V、Mo)C。這種分層析出會(huì)導(dǎo)致退火后緩慢再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。部分再結(jié)晶組織和分級(jí)析出相，可以導(dǎo)致高屈服強(qiáng)度，即使在延長(zhǎng)退火條件下。變形機(jī)制也隨退火時(shí)間的變化而變化。退火時(shí)間短(< 2 h)的材料發(fā)生位錯(cuò)滑移、形變孿晶和形變誘發(fā)ε相變。較長(zhǎng)的退火時(shí)間(> 10 h)觸發(fā)一個(gè)多變量的ε階段，從ε到γ的反向變換，以及多步的順序變換，γ?→?ε?→?從ε的反向變換到γ?→?ε的反向變換到γ。背應(yīng)力分析表明，退火時(shí)間較長(zhǎng)的材料的背應(yīng)力強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大，這可能是由于γ/ε和γ/σ界面增加所致。不同變形機(jī)制的激活和高背應(yīng)力強(qiáng)化可使材料，在退火10 h后具有良好的應(yīng)變硬化能力和強(qiáng)塑性組合(YS: 699 MPa, UTS: 1041 MPa, TE: 45%)。本文的工作，提供了具有特殊力學(xué)性能的亞穩(wěn)態(tài)高熵合金的新的組織設(shè)計(jì)方案，利用分層析出相、連續(xù)變形誘導(dǎo)相變和增強(qiáng)背應(yīng)力強(qiáng)化。

圖1 退火材料的組織、相和析出相分析。

圖2 退火材料中析出相的透射電鏡分析。

圖3 退火材料的EBSD分析。

圖4 600℃退火后，隨退火時(shí)間的增加，退火材料的微觀組織演變示意圖。

圖5 退火材料的拉伸性能。

圖6 退火時(shí)間較短和較長(zhǎng)樣品的變形機(jī)制示意圖。

圖7 對(duì)所有退火材料進(jìn)行位錯(cuò)強(qiáng)化和背應(yīng)力強(qiáng)化分析。

綜上所述， 本文報(bào)道了一種新型Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.2Ti0.1V0.1Mo0.1HEA的組織-力學(xué)性能關(guān)系，該材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，利用了分層析出相、連續(xù)變形誘導(dǎo)相變和增強(qiáng)的背應(yīng)力強(qiáng)化。研究者詳細(xì)研究了合金在600℃退火后組織和強(qiáng)化機(jī)制的變化。