導讀：本文通過從TWIP鋼領域借鑒變形孿晶概念，設計了一種CoCrFeMnNi高熵合金的熱機械處理方法，以改善其機械性能。在77 K下使用預應變將變形誘發的孿晶引入合金的微觀結構中，然后通過在773 K上進行退火來回收它，同時避免了再結晶。在此熱處理后，通過在77 K時的預應變產生的形變誘發孿晶得以保留，同時發生了位錯的部分恢復。結果，大大改善了合金的室溫機械性能，包括其應變硬化能力。

變形誘發孿晶（DTs）是阻礙位錯的有力障礙 。高錳孿晶誘導塑性（TWIP）鋼中的持續形變孿晶使位錯的平均自由程不斷減小，從而使應變變硬并提高了延展性 。此外，發現TWIP鋼中的變形誘發孿晶在高達約898 K的溫度下具有熱穩定性。基于DT的這種熱穩定性，大約十年前提出了一條冶金路線以提高TWIP鋼的屈服強度。它包括以下步驟：首先，在室溫下施加預應變以生成變形誘發的孿晶。隨后在773 K進行退火，目的是通過靜態恢復降低位錯密度，同時由于DT的熱穩定性高于位錯而維持DT。通過這種“孿生工程”，實現了TWIP鋼高屈服強度和均勻伸長率的良好組合。

材料工程領域的一個令人激動的發展是新型材料的問世，該材料包括高濃度的多個主要元素，被稱為高熵合金（HEA）。它們開發于1970年代，但由于其卓越的機械特性而在最近的十年中脫穎而出。具體地說，面心立方（FCC）HEA在從低溫到環境溫度均表現出出色的機械性能。這些屬性的基礎機制與變形引起的孿生或相變相關。

在此，韓國浦項科技大學 提出了一種進一步改善高熵合金拉伸性能的方法。首次將基于熱機械路線（預應變和恢復）的策略轉化為高熵合金。殘余變形引起的孿晶使合金的屈服強度和極限拉伸強度分別增加到1,284 MPa和1,297 MPa，并且在室溫下具有相當大的應變硬化速率。這些優異的機械性能歸因于在77 K時的預應變形成的形變誘發孿晶，從而降低了位錯的平均自由程。相關研究成果以題“Twinning Engineering of a CoCrFeMnNi High-Entropy Alloy”發表在Scripta Materialia上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113808

經過特殊設計的熱機械處理的等原子HEA Co 20 Cr 20 Fe 20 Mn 20 Ni 20在773 K熱處理期間，由在77 K變形引入的變形誘發孿晶得以保留，而部分位錯得以恢復。殘余變形引起的孿晶使合金的屈服強度和極限拉伸強度分別增加到1,284 MPa和1,297 MPa，并且在室溫下具有相當大的應變硬化速率。

圖1 （a）在室溫和77 K下的工程應力-應變曲線。（b）在77 K下預應變的試樣的真實應力-真實應變曲線。應變硬化率（SHR）隨真實應變的相應變化以紅色顯示。垂直虛線表示低溫預應變的選定值和SHR的伴隨水平。

合金的延展性也得到改善，因為殘余變形引起的孿晶起到提高位錯積累的作用。然而，由于相當大的位錯密度在恢復熱處理后仍然存在，因此獲得的拉伸伸長率增加是適度的，這限制了合金的應變硬化能力。

圖2。EBSD KAM圖和恢復熱處理之前和之后預應變試樣的相應分布圖：（ac）P20和P20 + HT，（df）P35和P35 + HT，以及（gi）P50和P50 + HT 。

圖3。（a）退火，（b）P20 + HT，（c）P35 + HT和（d）P50 + HT合金的EBSD圖像質量圖。（ad）中的黑線和紅線分別表示晶界（GB）和雙晶界（TB）。

圖4。（a）工程和（b）退火后的P20 + HT，P35 + HT和P50 + HT合金在室溫下的真實應力-應變曲線。（c）（b）中曲線的并置沿橫坐標偏移了77 K時的預應變。（d）SHR是具有不同熱力學歷史的合金樣品的真實應力的函數。（d）中的黑色實線對應于Considère標準。

圖5所示。室溫屈服強度與現有和先前報道的CoCrFeMnNi合金晶粒尺寸的關系。CG和FG分別代表粗粒和細粒。

綜上所述，本文針對特殊高熵合金Co 20 Cr 20 Fe 20 Mn 20 Ni 20開發的兩步熱機械處理策略可以進一步微調以提高性能。我們還希望該處理概念將適用于更廣泛的HEA。