摘要：更高的强度和更大的拉伸塑性是结构材料发展的永恒目标。然而，合金的拉伸强度提升至超高水平后（如>2.5 GPa），应变硬化能力通常难以在如此高的流变应力下得到维持。因此，此类合金的均匀延伸率通常
更高的强度和更大的拉伸塑性是结构材料发展的永恒目标。然而，合金的拉伸强度提升至超高水平后（如>2.5 GPa），应变硬化能力通常难以在如此高的流变应力下得到维持。因此，此类合金的均匀延伸率通常
另外，短程有序界面可视为一种新的晶界复合体，可有效提高屈服强度以及避免塑性变形过程中的晶界开裂。这种结构设计使得细晶VCoNi-W-Cu-Al-B合金（SS-合金，Supra-nano+SRO）实现了2.6 GPa的抗拉强度和10%的均匀延伸率。与其它权威期刊报道的合金相比，SS-合金具备异常优异的强度和均匀延伸率组合。
此工作以“Ductilization of 2.6-GPa alloys via short-range ordered interfaces and supranano precipitates”为题发表在Science。西安交通大学金属材料强度全国重点实验室为论文第一作者单位和第一通讯单位。吴戈教授（西安交通大学）为论文第一通讯作者，闫永强博士生（西安交通大学）为论文第一作者，察文豪科研助理（西安交通大学）为论文共同一作。吕坚院士（香港城市大学）、刘畅教授（西安交通大学）及刘思达教授（西安交通大学）为论文共同通讯作者。作者包括：单智伟教授（西安交通大学），马焱助理教授（荷兰代尔夫特理工大学），栾军华博士（香港城市大学），饶梓元副教授（上海交通大学）。该研究得到了国家自然科学基金委-香港研资局合作项目、国家自然科学基金委面上项目及国家青年人才计划的支持。
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区别于以往报道的位于晶粒内部的短程序，本研究中调控短程序在晶界附近偏聚（与FCC基体具有正的界面作用能），形成短程有序界面，实现了与晶界相关的显著强化和塑化机制。此SS-合金为细晶FCC-BCC双相合金（两相的晶粒尺寸均为1 μm）。较小的晶粒尺寸使得位错与晶界的交互作用被增强。因此，FCC相中短程有序界面的强塑化作用显著。短程序在晶界附近的偏聚有效提高了抵抗位错运动所需的应力水平，使得屈服强度大幅提升至2.2 GPa。在塑性变形过程中，晶界附近的短程序会发生向无序固溶体的转变，降低了晶界附近的应力集中，避免界面开裂。另一方面，在FCC晶粒内部析出的超纳L12相，相比于短程序（
图1 SS-合金的结构。(A) 三维EBSD反极图(IPF)。(B)为(A)中方形区域的相分布图，显示FCC-BCC双相结构。(C) 三维重构APT数据集。(D)为(C)中箭头所示区域的成分图。(E) MD计算结果示意图，显示SRO和S-L12颗粒分别在晶界附近偏聚和晶粒内部析出。(F) FCC相的HAADF-STEM图。(G)为(F)的FFT图。(H)为(F)中绿色虚线矩形区域放大的HAADF-STEM图。(I)和(J)分别对应(G)中SRO和S-L12弥散圆盘和衍射斑点的IFT图。(K) 利用(G)中FCC、SRO和S-L12的弥散圆盘和衍射斑点叠加的IFT图。
图2 SS-合金的室温拉伸性能。(A) 具有不同SRO和S-L12含量合金的工程拉伸应力-应变曲线。(B) 合金在拉伸过程中的应变硬化率。插图为拉伸过程中SS-合金中FCC相的位错密度演化图。(C) 本研究中的SS-合金与其他超强多主元合金的室温拉伸力学性能对比图。
图3 SS-合金中FCC相在拉伸过程中的结构演变。(A-D) FCC相在不同拉伸应变下的明场TEM图，显示了位错和层错的演变。(E) FCC相在9.5%拉伸应变下的ABF- STEM图。(E1和E2) 分别从(E)中红色和绿色方形区域得到的FFT图。(E3)为(E)中位错富集区放大的HAADF-STEM图。 (E4) 为(E3)基于GPA的对应应变图。(F) 为(E3)生成的叠加IFT图，显示位错/层错与S-L12相之间的交互作用。(F1)为(F)中虚线矩形区域的放大图。(G) FCC区域未变形状态下晶界附近的HAADF-STEM图。(G1)为(G)中红色方形区域生成的叠加IFT图，显示SRO在晶界附近偏聚。(H) FCC区域经过9.5%拉伸应变后的HAADF-STEM图。(H1)为(H)中红色方形区域生成的叠加IFT图。变形后，SRO在晶界附近以及晶粒内的分布是均匀的，表明位错的运动破坏了原本在晶界附近的SRO，使其发生有序向无序转变。(I) 拉伸前SS合金的KAM图，显示应力主要集中在晶界附近，这是由于短程序在晶界附近偏聚造成的，对屈服强度的提升有较强作用。(J) 拉伸后SS合金的KAM图，晶界附近和晶粒内部的应力集中情况类似，即应力非局域化，有利于维持均匀塑性变形。
图4 SS-合金的变形机制。(A-C) FCC相近晶界区域拉伸变形过程中的结构演变(SRO、L12、位错和层错)示意图。(A) 拉伸前SRO和S-L12颗粒分别在晶界附近区域偏聚和晶粒内部析出。(B) 拉伸过程中晶界附近的短程有序结构向无序固溶体转变，释放了晶界附近的应力集中。(C) 由于S-L12颗粒的钉扎效应比SRO强，变形过程中大量位错和层错在晶粒内部持续累积。(D和E) 拉伸前后SS合金同一区域的EBSD相分布图，显示相界面处BCC到FCC的相变。(F和G) 拉伸前后有序BCC相的TEM图。显示拉伸后BCC相内的位错密度增大。
本文来自微信公众号“材料科学与工程”。感谢论文作者团队支持。
来源：旧城信箱
