超高強度和優異的拉伸塑性是結構材料發展的不懈追求。然而，合金的抗拉強度提升至超高水平后（如>2.5 GPa），通常難以維持良好的應變硬化能力。因此，此類超強合金的均勻延伸率往往難以突破5%應變。

西安交通大學吳戈教授，劉暢教授，劉思達教授聯合香港城市大學呂堅院士團隊設計了一種短程有序界面與超納（<10納米）析出相的結合的創新納米結構，分別針對基于釩、鈷和鎳的細晶合金的晶粒內部和晶界區域，并添加了鎢、銅、鋁和硼。通過在晶界附近短程有序的偏析，實現了顯著的晶界相關強化和延性化機制。此外，在塑性變形過程中，超納米有序結構具有更大的尺寸，對位錯和堆垛層錯的釘扎效應增強，并在晶粒內部成倍累積。這些機制促進了流動應力的持續增加，成功實現了具有2.6 GPa抗拉強度和10%均勻延伸率的合金，為打造出兼具超高強度與卓越均勻延伸率的合金開辟了新道路。相關文章以“Ductilization of 2.6-GPa alloys via short-range ordered interfaces and supranano precipitates”為題發表在最新一期的Science上。

圖1、SS-合金的結構© 2025 AAAS

圖2、SS合金的室溫拉伸性能© 2025 AAAS

圖3、SS合金中面心立方相在張力作用下的結構演化© 2025 AAAS

圖4、SS合金的變形機理© 2025 AAAS

該項工作提出了一種通過短程有序界面和超納析出相來增韌2.6 GPa合金的策略。短程有序結構（SRO）在晶界附近的偏聚顯著提升了晶界抵抗位錯運動所需的應力水平，屈服強度提升至2.2 GPa。塑性變形過程中，位錯的運動促使晶界附近的SRO發生向無序固溶體的轉變，降低了晶界附近的應力集中，避免界面開裂。此種短程有序界面設計策略實現了與晶界相關的顯著強化和塑化機制。另一方面，相比于<1 nm尺寸的SRO，在FCC晶粒內部析出尺寸較大（0.5~4 nm）的超納析出相（S-L1₂），對位錯和層錯有更強的釘扎效應，使塑性變形過程中位錯在晶粒內部持續增殖和累積，提高了合金的應變硬化能力。分別在FCC相的晶界附近和晶粒內部引入的兩種有序結構（SRO和超納析出相），具有互補的強化和塑化機制，促進了高應變硬化率和優異延伸率。此外，由于塑性變形過程中的超高應力水平，在FCC-BCC相界面發生BCC到FCC的相變。相界面附近的異構變形帶來背應力硬化效應，加強應變硬化，而變形過程中的動態相變會緩解相界面處的應力集中，使合金的均勻拉伸變形得到維持。

Yong-Qiang Yan†, Wen-Hao Cha†, Sida Liu*, Yan Ma, Jun-Hua Luan, Ziyuan Rao, Chang Liu*, Zhi-Wei Shan, Jian Lu*, Ge Wu*, Ductilization of 2.6-GPa alloys via short-range ordered interfaces and supranano precipitates, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr4917