優(yōu)異的延展性不僅對(duì)成形至關(guān)重要，而且對(duì)強(qiáng)化金屬和合金也至關(guān)重要。迄今為止，廣泛使用的共晶合金在先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料中，遇到了延性有限和競(jìng)爭(zhēng)力下降的問(wèn)題。

日前，來(lái)自西北工業(yè)大學(xué)、韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)、日本東北大學(xué)等單位的研究者報(bào)告了一種獨(dú)特的相選擇再結(jié)晶概念，通過(guò)完全觸發(fā)雙相的應(yīng)變硬化能力，來(lái)克服共晶合金的這一挑戰(zhàn)。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(yīng)力。相關(guān)論文以題為“Phase-selective recrystallization makes eutectic high-entropy alloys ultra-ductile”發(fā)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(lèi)文明史上占據(jù)了主導(dǎo)地位。例如，農(nóng)業(yè)社會(huì)中的鑄鐵，現(xiàn)代工業(yè)中的鑄造鋁合金，以及先進(jìn)金屬材料中的共晶高熵合金。優(yōu)良的可澆注性，無(wú)偏析/缺陷，以及自生的雙相使共晶合金在低成本的量產(chǎn)和平衡的強(qiáng)度-塑性組合方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，隨著先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的快速發(fā)展，這些優(yōu)勢(shì)正在消失，因?yàn)楣簿Ш辖鸬淖冃涡阅懿焕硐搿?/span>

共晶合金，在單軸拉伸過(guò)程中，弱界面(包括硬相的相界(PBs)和晶界(gb))的開(kāi)裂導(dǎo)致合金過(guò)早失效。這種情況，導(dǎo)致共晶合金的拉伸伸長(zhǎng)率較低，即使它們的相都是應(yīng)變硬化的。延緩裂紋萌生和阻止裂紋擴(kuò)展是迄今為止維持共晶合金應(yīng)變硬化的唯一成功途徑：例如，通過(guò)控制凝固過(guò)程細(xì)化組織，通過(guò)熱成形或嚴(yán)重塑性變形再結(jié)晶兩相，然后進(jìn)行后續(xù)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(yīng)變淬煉性并沒(méi)有被充分觸發(fā)，因此，獲得超塑性塊狀共晶合金仍然具有挑戰(zhàn)性。

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

圖1 PSR EHEA的顯微組織和力學(xué)性能。

圖2 PSR EHEA的斷裂機(jī)制。

圖3 PSR EHEA的變形機(jī)理。

圖4 PSR的加工路線(xiàn)及形成機(jī)制。

綜上所述，研究者提出了一種通用的相選擇性再結(jié)晶方法來(lái)提升共晶合金塑性。相選擇性再結(jié)晶，即軟相的單獨(dú)再結(jié)晶和硬相的恢復(fù)，是通過(guò)調(diào)整共晶兩相之間的應(yīng)變分配行為實(shí)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的共晶合金加工方法相比，相選擇性再結(jié)晶通過(guò)消除弱邊界來(lái)防止過(guò)早斷裂，從而通過(guò)位錯(cuò)倍增和潛在相變激發(fā)兩相具有本質(zhì)優(yōu)越的應(yīng)變硬化能力。在典型的FCC/B2 EHEA中，獲得了~ 35%的均勻伸長(zhǎng)率和~ 2 GPa的真應(yīng)力。以應(yīng)變分配為主的相選擇性再結(jié)晶機(jī)制保證了其在其他雙相合金中的良好適應(yīng)性，A357合金證明了這一點(diǎn)。這一策略結(jié)合了共晶合金優(yōu)異的可鑄造性和強(qiáng)化能力，將開(kāi)辟共晶合金作為高強(qiáng)度金屬材料的新領(lǐng)域。