編輯推薦：粗晶粒單相面心立方中熵合金(MEAs)在某些工程應用中通常表現出不足的強度。文章通過對(CoCrNi)94Ti3Al3多尺度非均勻結構的精心設計，獲得了極限抗拉強度為1.6 GPa、室溫斷裂應變為13.1%的優越力學性能。電鏡表征表明，合金優越的力學性能主要來自于良好的非均勻相fcc基體(1~40μm)和球形γ′析出相(10~100 nm)，以及高密度的結晶缺陷(2~10nm)，包括位錯、小層錯(SFs)、Lomer-Cottrell位錯鎖(LC)和超細變形孿晶（DTs）。

鑄態CoCrNi合金的低強度(屈服強度通常低于400 MPa)已不足以滿足許多工程應用。通過熱機械加工和隨后的完全再結晶細化晶粒，可以產生組織相對均勻的大樣品，進一步提高屈服強度。這種方法可能大大降低淬透性，導致極限強度的提高有限，但延性的顯著損失。少量的強γ′相(γ′)形成物Al和Ti可以引入相干析出相，并提供良好的強度-延。本研究探索了一種單步熱處理方法，通過在非均相細化fcc基體中引入納米尺寸的非均相γ′沉淀和不同的晶體缺陷，來獲得(CoCrNi)94Ti3Al3合金的高強度和延性。相關論文以題“Ultrastrong and ductile (CoCrNi)94Ti3Al3 medium-entropy alloys via introducing multi-scale heterogeneous structures”發表在《JMST》。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.06.048

圖1 (a) 應力-應變曲線(b)拉伸性能比較(c) RA-500和RA-700真應力-應變曲線和(d)加工硬化曲線

SAED證實了在RA-500最佳退火條件下形成fcc/ γ′與[011]fcc/ /[011] γ′的界面取向。合金的YS、UTS和塑性分別保持1.20 GPa、1.60 GPa和13.5%，實現強度和延展性的完美結合。與其他工程材料的抗拉性能比較RA-500處理的合金表現出更好的強度和延性結合。相比之下，RA-500樣品在屈服后觀察到三階段的加工硬化行為。本研究中檢測到的細小異構相γ′在調節強度和延性的權衡方面發揮了重要作用。一方面，根據Orowan強化理論，高體積分數的小析出相產生有效的沉淀強化; 與RA-700處理的鋁合金相比，RA-500處理后試樣強度高的部分原因是細小γ′相的高密度。另一方面，已有研究表明γ′析出相的非均質性可以促進應變的進一步區分。同時，超細γ′析出相與周圍fcc基體具有相干取向關系，由此降低了γ′析出相與位錯之間的彈性相互作用。由于相干界面處可以忽略應變積累，防止析出-基體界面處的裂紋萌生。

圖2合金的ECCI顯微組織分析

此外，應變硬化能力的其他積極作用可能歸因于各種非均相超細晶缺陷的形成。ECCI顯微組織分析表明，許多滑移帶(~0.8μm)出現在晶粒基體中并相互作用。滑移帶是由于平面滑移而形成的，在MEAs/HEAs中伴隨著晶格摩擦應力，已被認為可以容納塑性變形。

圖3 (a - d)軋制態合金的微觀組織分析:(a) SAED模式顯示fcc基體具有(111)局部軋制織構;(b) BF-TEM圖像顯示高密度位錯的;(c) BF-TEM圖像和SAED證實顯示SF和LC的形成;(d) BF-TEM圖像和SAED顯示變形孿晶。(e - g) RA-500處理的(CoCrNi) 94Al3Ti3合金的顯微組織分析:(e)和(f) BF-TEM圖像和HR-TEM圖像及FTT模式，顯示γ′析出相、SFs和LCs;(g)表明納米孿晶形成的BF-TEM圖像和SAED模式L5。(h)和(i) RA-700處理的(CoCrNi)94Al3Ti3合金的顯微組織分析:(h) BF-TEM圖像顯示完全再結晶的組織;(i) BF-TEM圖像表明形變孿晶與某些位錯相互作用

一般情況下， DTs除了作為塑性載體外，還可以通過引入額外的界面誘導晶粒細化效應，從而顯著減小位錯平均自由程，導致明顯的動態Hall-Petch效應。此外，孿晶界也可以為位錯運動提供有效的障礙，增加位錯堆積的能力。此外，在室溫和低溫條件下均可廣泛發現SFs，是γ′硬化HEAs/MEAs的主要變形模式。此外，與SFs一樣，來自四個方向的位錯也可以被LC鎖釘住，其他位錯也難以在LC鎖附近移動，從而導致位錯堆積，這對HEAs/MEAs的強化和應變硬化也有積極作用。的BF-TEM圖像顯示，合金中含有重結晶晶粒，其中發生了位錯和孿晶的相互作用

圖4  微觀結構演變的示意圖

通過一次軋制和退火處理，可以得到多尺度非均質結構。增強的力學性能主要來自三個方面:(1)基體晶粒細化(1~50 μm)產生了晶界強化和優異的加工硬化能力;(ii)超細非均相γ′析出相(10-100 nm)有效強化沉淀;(iii)強化和硬化也可能源于不同尺寸的各種晶體缺陷(即SFs、LCs、DTs和滑移帶)容納位錯的能力。

綜上所述通過制備多尺度非均相結構來獲得軟fcc MEAs/HEAs的強度和延性的良好組合。這一策略也為開發具有優良延展性的高強度MEAs/HEAs提供了一些見解。同外還詳細研究了所開發復合材料的高溫性能增強的潛在機制。