導讀：這篇文章表明控制Al的添加，提供了一定程度的B2順序，結(jié)果是產(chǎn)量強度和均勻伸長都有約37%的提高x(NbTiZr)100?x (x = 0;2.5;5;7.5 at.%)難熔介質(zhì)熵合金。性能的改善主要來自于固溶和短程有序強化，以及位錯滑移特性的改變。B2有序?qū)е露鄠€位錯帶的形成和交叉滑移的激活，提高了塑性流動的宏觀穩(wěn)定性，延長了強化階段，從而推遲了縮頸。

體心立方(bcc)高溫耐火高/中熵合金(RH/MEAs)的化學有序設計，近年來受到了研究人員的特別關(guān)注。對這種現(xiàn)象的極大興趣是由于它對力學性能的關(guān)鍵影響。特別是，許多含Al的RH/MEAs，其中Al誘導形成B2(有序bcc)結(jié)構(gòu)，在22-1350℃比不含Al的具有更高的強度。其中部分合金出現(xiàn)屈服強度異常，即隨溫度升高而變強。同時，大部分B2階RH/MEAs在常溫或中溫下塑性有限。

到目前為止，為了平衡b2階RH/MEAs的力學性能，前人已經(jīng)做了一些努力。然而，即使B2有序RH/MEAs的塑性略有提高，無論是化學(B2有序度的消除/降低)還是微觀結(jié)構(gòu)(B2基質(zhì)到B2粒子的轉(zhuǎn)變)工程，都會導致顯著的強度退化。更重要的是，這些合金作為結(jié)構(gòu)材料的潛在應用所需要的室溫拉伸延展性仍然沒有報道或無法實現(xiàn)。

在本研究中，俄羅斯別爾哥羅德國立研究大學科學家首次表明，以可控的方式擴大B2的有序程度可以克服RH/MEAs中強度-延性的權(quán)衡。這種違反直覺的策略在bcc NbTiZr RMEA模型上進行了測試，該模型具有良好的拉伸延展性和中等強度，添加了不同數(shù)量的Al來激活B2順序。該團隊的結(jié)果表明，與已有的方法相比，B2順序是提高NbTiZr合金整體力學性能的更有效的方法。

相關(guān)研究成果以題“Overcoming the strength-ductility trade-off in refractory medium-entropy alloys via controlled B2 ordering”發(fā)表在國際著名刊物Material Research Letters上。

鏈接：https://doi.org/10.1080/21663831.2022.2109442

圖1。Alx(NbTiZr)100-x合金的組織和相組成特征:(a-d) -反極圖(IPF)，顯示了NbTiZr (a)， Al2.5 (NbTiZr)97.5 (b)， Al5 (NbTiZr)95 (c)和Al7.5 (NbTiZr)92.5 (d)合金的完全再結(jié)晶組織;在NbTiZr (e)、Al2.5 (NbTiZr)97.5 (f)、Al5 (NbTiZr)95 (g)和Al7.5(NbTiZr)92.5 (h)合金的[001]bcc區(qū)軸中獲得(e-h)-SADPs。圖1(g, h)中的粉色箭頭突出了Al5 (NbTiZr)95 (g)和Al7.5(NbTiZr)92.5 (h)合金中的100B2超晶格點;(i-l)沿g200矢量的強度線分布(方向在SADPs圖1(e-h)中用藍色箭頭表示)，用于NbTiZr (i)， Al2.5(NbTiZr)97.5 (j)， Al5 (NbTiZr)95 (g)，和Al7.5 (NbTiZr)92.5 (h)合金。圖1(k, I)中的粉色箭頭表示峰值，對應于Al5 (NbTiZr)95 (k)和Al7.5 (NbTiZr)92.5 (I)合金中的100個局部最大值。

圖2。NbTiZr和Al7.5(NbTiZr)92.5合金精細結(jié)構(gòu)的詳細表征:(a, b)從孔徑位置拍攝的典型暗場TEM圖像，用黃色圓圈標記(對應每種合金SADP中g(shù)200矢量的半長)，顯示NbTiZr (a)合金中沒有任何對比度，而Al7.5(NbTiZr)92.5 (b)合金中大量的B2疇;(c, d) -閾值分割程序之前(b)和之后(c)的典型放大暗場圖像;(e) -直方圖，用平均值大小d，標準差σ和分數(shù)f的估計值說明了B2 SRO域的大小分布。

圖3。Alx(NbTiZr)100-x合金室溫拉伸力學性能表征:(a)工程應力-應變曲線;(b) -真應力-應變曲線;(c) -在縮頸形成處拍攝的拉伸試樣的DIC圖像，顯示了沿截面的應變分布;(d) -應變硬化速率θ隨應變的演變。

圖4。Al對強度的影響:(a)所研究的Alx(NbTiZr)100-x合金和其他一些含Al的RHEAs中Al誘導的YS, AYS的增量圖;(b)圖，說明Alx(NbTiZr)100-x合金中AYS的實驗觀測值與Suzuki簡化模型計算的SSS值之間的比較。應該注意到Al2.5 (NbTiZr)97.5和Al5 (NbTiZr)95合金具有良好的相關(guān)性。假設Al2.5 (NbTiZr)92.5的實驗和計算AYS之間出現(xiàn)差異是由于SRO強化。

圖5。拉伸試驗后Alx(NbTiZr)100-x合金精細組織的表征:(a-d) - TEM位錯組織的亮場圖像，在NbTiZr (a)、Al2.5 (NbTiZr)97.5 (b)、Al5 (NbTiZr)95 (c)和Al7.5(NbTiZr)92.5 (d)合金拉伸試樣的近斷裂區(qū)觀察到。圖5(d)中的白色虛線突出了Al2.5 (NbTiZr)97.5合金中DBs形成的跡象;(e, f) - SADPs取自[001]bcc區(qū)域軸中的單元格(在圖5(e)中表示為“1”)和DBs(在圖5(f)中表示為“2”)。圖5(e, f)中的粉色和黃色箭頭表示峰值，分別對應細胞和DBs中的100B2超晶格點;(g, h) - Al7.5 (NbTiZr)92.5合金沿g200矢量的強度線輪廓(方向用SADPs圖5(e, f)中的藍色箭頭表示)。圖5(g, h)中的粉色和黃色箭頭表示峰值，分別對應細胞和DBs中的100個局部最大值。

綜上所述，我們提出了一種新的策略來解決RH/MEAs中的強度-延性困境。在Al7.5 (NbTiZr)92.5合金化過程中，通過引入B2的順序和進一步控制其程度的增加，可將NbTiZr合金的屈服強度和均勻伸長率從680 MPa和~19%提高到930 MPa和~26%。產(chǎn)生的性能來源于固溶和SRO強化，以及位錯滑移特性的改變。B2的有序排列導致了多個位錯帶的形成和交叉滑移的激活，延長了強化階段，防止了早期縮頸。