《Scripta》：“孪生工程”助力高熵合金功能大幅进步

导读：本文通过从TWIP钢范畴鉴戒变形孪晶观点，设计了一种CoCrFeMnNi高熵合金的热机器处置惩罚要领，以改进其机器性能。在77 K下利用预应变将变形诱发的孪晶引入合金的微观布局中，然后通过在773 K上举行退火来接纳它，同时幸免了再结晶。在此热处置惩罚后，通过在77 K时的预应变孕育发生的形变诱发孪晶得以保存，同时产生了位错的部门规复。效果，大大改进了合金的室温机器性能，包罗其应变硬化本领。

变形诱发孪晶（DTs）是拦阻位错的有力停滞 。高锰孪晶诱导塑性（TWIP）钢中的连续形变孪晶使位错的均匀自由程不停减小，从而使应变变硬并进步了延展性 。别的，发觉TWIP钢中的变形诱发孪晶在高达约898 K的温度下具有热稳健性。基于DT的这种热稳健性，约莫十年条件出了一条冶金门路以进步TWIP钢的屈服强度。它包罗以下步调：起首，在室温下施加预应变以天生变形诱发的孪晶。随后在773 K举行退火，目标是通过静态规复低落位错密度，同时因为DT的热稳健性高于位错而维持DT。通过这种“孪生工程”，实现了TWIP钢高屈服强度和匀称伸长率的精良组合。

质料工程范畴的一个令人冲动的进展是新型质料的问世，该质料包罗高浓度的多个重要元素，被称为高熵合金（HEA）。它们开辟于1970年月，但因为其杰出的机器特性而在近来的十年中脱颖而出。详细地说，面心立方（FCC）HEA在从低温到情况温度均体现出杰出的机器性能。这些属性的底子机制与变形引起的孪生或相变相干。

在此，韩国浦项科技大学 提出了一种进一步改进高熵合金拉伸性能的要领。初次将基于热机器门路（预应变和规复）的计谋转化为高熵合金。渣滓变形引起的孪晶使合金的屈服强度和极限拉伸强度分别增添到1,284 MPa和1,297 MPa，而且在室温下具有相称大的应变硬化速率。这些优秀的机器性能归因于在77 K时的预应变形成的形变诱发孪晶，从而低落了位错的均匀自由程。相干研究结果以题“Twinning Engineering of a CoCrFeMnNi High-Entropy Alloy”颁发在Scripta Materialia上。

论文链接：

http://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113808

颠末特别设计的热机器处置惩罚的等原子HEA Co 20 Cr 20 Fe 20 Mn 20 Ni 20在773 K热处置惩罚时期，由在77 K变形引入的变形诱发孪晶得以保存，而部门位错得以规复。渣滓变形引起的孪晶使合金的屈服强度和极限拉伸强度分别增添到1,284 MPa和1,297 MPa，而且在室温下具有相称大的应变硬化速率。

图1 （a）在室和气77 K下的工程应力-应变曲线。（b）在77 K下预应变的试样的真实应力-真实应变曲线。应变硬化率（SHR）随真实应变的相应改变以赤色表现。垂直虚线表现低温预应变的选定值和SHR的陪同程度。

合金的延展性也得到改进，由于渣滓变形引起的孪晶起到进步位错积存的作用。然而，因为相称大的位错密度在规复热处置惩罚后仍旧存在，是以得到的拉伸伸长率增添是适度的，这限定了合金的应变硬化本领。

图2。EBSD KAM图和规复热处置惩罚之前和之后预应变试样的相应漫衍图：（ac）P20和P20 + HT，（df）P35和P35 + HT，以及（gi）P50和P50 + HT 。

图3。（a）退火，（b）P20 + HT，（c）P35 + HT和（d）P50 + HT合金的EBSD图像质量图。（ad）中的黑线和红线分别表现晶界（GB）和双晶界（TB）。

图4。（a）工程和（b）退火后的P20 + HT，P35 + HT和P50 + HT合金在室温下的真实应力-应变曲线。（c）（b）中曲线的并置沿横坐标偏移了77 K时的预应变。（d）SHR是具有差别热力学汗青的合金样品的真实应力的函数。（d）中的玄色实线对应于Considère尺度。

图5所示。室温屈服强度与现有和先前报道的CoCrFeMnNi合金晶粒尺寸的干系。CG和FG分别代表粗粒和细粒。

综上所述，本文针对特别高熵合金Co 20 Cr 20 Fe 20 Mn 20 Ni 20开辟的两步热机器处置惩罚计谋可以进一步微调以进步性能。我们还盼望该处置惩罚观点将实用于更遍及的HEA。