激光沖擊強化(LSP)可于高熵合金表面誘導呈梯度分布的納米孿晶、超細晶粒，使其相較于同等平均晶粒尺寸的均質材料體現出更為優異的應變硬化能力。微觀結構研究發現，LSP誘導的位錯、小角度晶界及孿晶的共同作用增強了高熵合金(HEAs)的應變硬化能力，導致了其在變形過程中的優異塑性。現有結果表明，在變形過程中，傳統的梯度鋼、鎳及銅等金屬表面形成的致密剪切帶(SBs)容納了梯度層的塑性應變，延緩了納米晶/細晶區域的應變局域化和過早失效，具有相較均質合金更為優異的塑性。與傳統合金相比，梯度結構的高熵合金在局域應變和塑性變形行為間的關聯響應機制尚不明晰。因此，探究局部應變對非均質HEAs的影響，有助于明確梯度結構高熵合金優異塑性的本質。

為了達到上述目的，哈工大黃永江教授課題組采用數字圖像相關(DIC)原位拉伸技術結合微觀結構表征探究了激光沖擊強化誘導梯度結構單相高熵合金的力學行為，從局域應變的角度揭示了該梯度結構高熵合金的塑性變形機理。相關成果以題“Strain delocalization in a gradient-structured high entropy alloy under uniaxial tensile loading”發表于 International Journal of Plasticity。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103808

依據高熵合金成分設計準則，該文章制備了六元單相面心立方結構的CrFeCoNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金。懸浮熔煉后澆鑄制備合金板材，隨后分別對其表面進行1次及4次激光沖擊強化處理，探究了其拉伸變形行為及微觀組織演化。

研究結果表明，經LSP處理后，CrFeCoNiMn_0.75Cu_0.25 HEA樣品屈服強度顯著提升的同時依然保持優越的塑性。特別地，經過四次LSP的HEA試樣的屈服強度約為鑄態合金的2倍，這歸因于其表面形成的由亞晶粒、致密位錯和納米孿晶組成的梯度結構。原位DIC測試結果表明，4次強化后梯度結構高熵合金表層產生了致密剪切帶，而未出現應變集中。剪切帶為細晶區局域應變的主要載體，隨著外加載荷的增加其局域應變的強度增加，而芯部粗晶則抑制了剪切帶的擴展(剪切帶寬度并未隨外加載荷而增加)，為合金提供了良好的塑性變形能力。梯度結構高熵合金的應變非局域化延緩了細晶結構的過早失效，使其塑性更為優異。

圖1. (a) 鑄態和激光沖擊強化后HEAs的工程應力-應變曲線及(b)應變硬化速率曲線 

圖2. (a) 4次LSP處理后的CrMnFeCoNiMn_0.75Cu_0.25 HEA截面(YOZ面)的EBSD圖譜；(b、c、d) 不同區域內的晶粒尺寸統計圖以及 (e、f、g) 取向差角統計圖

圖3.不同拉伸應變下(a)鑄態、(b) 1-LSP和(c) 4-LSP處理的HEA試樣表面ε_x, ε_y方向的局部應變分布圖譜

圖4. 4次LSP后的高熵合金試樣在不同拉伸應變后不同深度層下的微觀組織結構 (a)、(c) 應變達~ 2%和(b)、(d)應變達~15%

圖5.1-LSP和4-LSP處理后HEA的背應力:(a) 1-LSP和4-LSP處理后HEA的循環加載-卸載的真應力-應變曲線；(b) 4-LSP處理后HEA循環加載曲線中放大后的遲滯回線，圖中σ_u0

定義為初始卸載應力、σ_u為卸載屈服、σ_r為加載屈服、σ_b為背應力、σ_f為摩擦應力、Eu為有效卸載時的楊氏模量、Er為有效加載時的楊氏模量。(c)不同真應變下1-LSP和4-LSP處理后HEAs的背應力

此外，在塑性變形階段，合金硬化層中的細晶在失穩前產生了側向局部應力分量。多向的局部應力狀態激活了合金內部更多的滑移系統，提高了梯度結構HEAs的力學性能。透射電鏡觀察及循環加載結果表明，梯度結構在變形過程中高的背應力強化使得該結構的高熵合金材料具有優異的應變硬化能力和強塑性結合。