高熵合金(HEA)或由多主元素組成的復合合金，由于其巨大的合金設計空間和獨特的性質，如晶格畸變、緩慢擴散和雞尾酒效應，受到了廣泛的關注。然而，與傳統材料相比，HEAs中使用的大量合金元素導致其性能/成本比相對較低，從而限制了其工業應用。因此，近年來的研究已轉向開發低成本的高能高能合金或具有優異力學性能的中熵合金。盡管非等原子TRIP(高強度及高延性) HEA具有良好的應變硬化能力，但其相對較低的屈服強度(YS)在實際應用中仍有待提高。

在此，來自韓國漢陽大學的Jin-KyungKim等研究者報道了新型面心立方Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.2Ti0.1V0.1Mo0.1高熵合金（HEA）的分層析出、連續變形誘導相變和增強背應力強化。相關論文以題為“Hierarchical precipitates, sequential deformation-induced phase transformation, and enhanced back stress strengthening of the micro-alloyed high entropy alloy”發表在Acta Materialia上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964542200355X

采用常規強化機制強化的金屬材料，通常存在強度-延性平衡問題。為了克服HEAs中存在的這種權衡，大量的研究集中于激活各種強化機制，如第二相強化、固溶體硬化、微帶誘導塑性(MBIP)、孿晶誘導塑性(TWIP)和TRIP效應。最近，人們提出了異質變形誘發強化或背應力強化機制的新概念。這種HDI強化源于受到非均勻塑性變形的非均勻微觀結構，這可能會產生幾何上必要的位錯(GNDs)，顯示出與應用應力方向相反的遠程背應力。這一機理可以提高材料的抗塑性變形能力，從而提高材料的強度。HDI強化的應用開辟了新的材料設計理念，以克服強度-延性的權衡。由于GND的形成強烈依賴于微觀組織的非均勻性，具有分級晶粒尺寸、位錯分布不均、多相和析出相的微觀組織可能是高密度GND的來源。

在此，研究者報道了新型面心立方Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.2Ti0.1V0.1Mo0.1HEA的顯微組織和變形機制。600℃退火后的材料中存在3種類型的析出相：σ相、富Cr MC-型碳化物和納米級(Ti、V、Mo)C。這種分層析出會導致退火后緩慢再結晶和晶粒長大。部分再結晶組織和分級析出相，可以導致高屈服強度，即使在延長退火條件下。變形機制也隨退火時間的變化而變化。退火時間短(< 2 h)的材料發生位錯滑移、形變孿晶和形變誘發ε相變。較長的退火時間(> 10 h)觸發一個多變量的ε階段，從ε到γ的反向變換，以及多步的順序變換，γ?→?ε?→?從ε的反向變換到γ?→?ε的反向變換到γ。背應力分析表明，退火時間較長的材料的背應力強化貢獻較大，這可能是由于γ/ε和γ/σ界面增加所致。不同變形機制的激活和高背應力強化可使材料，在退火10 h后具有良好的應變硬化能力和強塑性組合(YS: 699 MPa, UTS: 1041 MPa, TE: 45%)。本文的工作，提供了具有特殊力學性能的亞穩態高熵合金的新的組織設計方案，利用分層析出相、連續變形誘導相變和增強背應力強化。

圖1 退火材料的組織、相和析出相分析。

圖2 退火材料中析出相的透射電鏡分析。

圖3 退火材料的EBSD分析。

圖4 600℃退火后，隨退火時間的增加，退火材料的微觀組織演變示意圖。

圖5 退火材料的拉伸性能。

圖6 退火時間較短和較長樣品的變形機制示意圖。

圖7 對所有退火材料進行位錯強化和背應力強化分析。

綜上所述， 本文報道了一種新型Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.2Ti0.1V0.1Mo0.1HEA的組織-力學性能關系，該材料具有優異的力學性能，利用了分層析出相、連續變形誘導相變和增強的背應力強化。研究者詳細研究了合金在600℃退火后組織和強化機制的變化。