導讀：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，但屈服強度較低。為了解決這一問題，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的納米孿晶結構。在77 K時，經過5次MACF循環，Al0.1CoCrFeNi HEA具有1263 MPa的高抗拉屈服強度和30%的大塑性。探討了鍛造循環與微觀組織的相互作用，探討了納米孿晶與位錯協同作用的強化機制。

面心立方(FCC)高熵合金(HEAs)因其在低溫下優異的斷裂韌性和加工硬化能力，近年來引起了人們的廣泛關注。然而，FCC HEAs屈服強度低，限制了其作為工程材料的廣泛應用。

研究表明，高密度納米孿晶的存在可以有效地提高FCC合金的屈服強度，同時不犧牲合金的延展性。發現強化機制主要是位錯與共格孿晶界之間獨特的相互作用。最近也有報道稱，多軸低溫鍛造(MACF)技術是在Ti等金屬材料內部生成高密度多尺度納米孿晶的可行方法。

利用MACF技術在典型的FCC Al0.1CoCrFeNi HEAs中創新性地制備了高密度納米孿晶，在保持良好延展性的同時顯著提高了其低溫屈服強度。然而，導致性能增強的潛在強化機制尚不清楚。更關鍵的是，不同鍛造周期產生的納米孿晶數量對力學性能的影響也沒有完全了解。因此，本研究通過MACF處理，在Al0.1CoCrFeNi HEAs中制備了不同鍛造周期的納米孿晶結構。探討了多次鍛造制備的不同納米孿晶組織與低溫力學性能的相互作用，并詳細討論了相關強化機理。   

北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊的這項研究成果以題為Enhancing cryogenic yield strength and ductility of the Al0.1CoCrFeNi high-entropy alloy by synergistic effect of nanotwins and dislocations發表在Scripta Materialia上。

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

圖1 (a) Al0.1CoCrFeNi HEA試樣經不同MACF循環處理和77 K拉伸試驗后的工程應力-應變曲線;(b)屈服強度和斷裂伸長率隨MACF循環次數的變化曲線。

圖2 不同鍛造循環下的組織演變。(a1) FG， (b1) MACF-1， (c1) MACF-3和(d1) MACF-5標本的EBSD-BC圖譜。EBSD-IPF圖譜與(a2) FG、(b2) MACF-1、(c2) MACF-3和(d2) MACF-5標本的BC圖譜重疊。(a3) FG， (b3) MACF-1， (c3) MACF-3和(d3) MACF-5標本的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標本的BF-STEM圖像。高倍率(e) MACF-1標本BF和(f) DF-STEM圖像。(b)中右下角的插圖是用黃色圓圈標出的孿生區域對應的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工藝循環處理，成功地引入了高密度的位錯和納米孿晶。結果表明，具有1次MACF循環的納米孿晶Al0.1CoCrFeNi HEA在液氮溫度下具有高屈服強度和良好延展性的獨特組合。我們的分析表明，高屈服強度歸因于位錯和納米孿晶的協同作用，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力集中。本研究提供了一種可行的策略來優化FCC HEAs在低溫下的力學性能，通過調節鍛造循環來改變位錯和納米孿晶的分布。