Acta Mater.：變形誘導納米孿晶及FCC-HCP相變對中熵CrCoNi合金的硬化及織構演變的影響

【引言】

多主元素合金或高熵合金因潛在的拉伸強度和延展性而得到高度認可。這些合金可與其他先進高強鋼（如孿晶誘導塑性鋼，TWIP）相媲美。最近，備受關注的等原子中熵合金--CrCoNi合金，一種面心立方（fcc）單相固溶體，具有出色的抗拉強度和斷裂韌性。與許多常見的TWIP鋼相比，該合金具有更高的屈服強度和不遜色的延展性，對于研究如何克服常見延展性制約（strength-ductility tradeoff）的問題有很大的參考價值。 CrCoNi合金也可作為檢測亞穩態合金變形-誘導相變的模型合金。盡管最近成功揭示了納米尺度的變形行為，但這些發現與合金的硬化及更大尺度范圍下的組織演變之間關聯卻很少。

【成果簡介】

近日，美國俄亥俄州大學S.R. Niezgoda教授（通訊作者）等人開展了一項全新的工作：通過實驗和模型的結合，探究了CrCoNi合金在介觀尺度下的響應，進而將假設的納米尺度硬化機制與宏觀尺度觀察到的硬化行為進行關聯。該項成果以題為“Influence of deformation induced nanoscale twinning and FCC-HCP transformation on hardening and texture development in medium-entropy CrCoNi alloy”發表在期刊Acta Mater.上。

【圖文簡介】

圖一 退火試樣的微觀組織表征

（a）拉伸樣品幾何形狀示意圖

（b）沿試樣拉伸軸方向（<010>）的反極圖，表明在拉伸之前為完全再結晶組織

（c）CrCoNi合金的EDS圖，表明合金中元素均勻分布

圖二 CrCoNi合金的真應力-應變曲線

圖三 5％應變下的變形微觀組織

（a）在低放大倍數下可見多個滑移系統開動

（b）更高放大倍數下顯示了單個位錯和擴展的堆垛層錯

（c）反極圖表示了相同區域下晶體學取向和位置

圖四 51％應變下的變形微觀組織

（a）方向和拉伸軸平行的IPF圖

（b）相同區域的<345>空間軸的ECCI表征，顯示了高密度變形孿晶

圖五 CrCoNi合金室溫下變形亞結構的STEM表征

（a）、（b）變形孿晶的HAADF-STEM圖像及相應的對稱中心（Center Of Symmetry，COS）圖

（c）、（d） 變形孿晶周圍形成的四層hcp相的HAADF-STEM圖像及相應的COS圖

（e）、（f）形成的nanotwin-hcp薄片的HAADF-STEM圖像及相應COS圖

所有的STEM圖片均沿著[101]_fcc 方向獲得。

圖六 變形亞結構隨著應變的演化過程

圖七 VPSC和FFT模型結果與實驗數據的比對

（a）VPSC和FFT模型與實驗數據的比較，插圖反映了20%真應變條件下曲線的放大部分

（b）使用不同的Voce硬化參數預測應力-應變曲線

圖八 不同真應變力下，平行于拉伸軸的反極圖

（a）0％

（b）8％

（c）20％

（d）51％

（a-c）為相同區域下的表征，（d）為不同區域下的表征

圖九 不同織構的體積分數隨真應變的演變

圖十 20％應變下，不同織構的體積分數的實驗數據和模擬結果的比較

圖十一 實驗及基于FFT模型觀察到的晶內旋轉

圖十二 具有不同初始取向的晶內旋轉的觀察結果

（a）<110>取向附近

（b）<100>和<110>的中間取向。反極圖為樣品拉伸軸方向，<010>方向。

?圖十三 孿晶體積分數隨應變和初始取向的演變

（a）孿晶總體積分數

（b）選定初始取向下的EVP-FFT結果。

【小結】

該研究主要為在中熵合金體系CrCoNi中進行中斷拉伸測試以研究織構的演變，從而將納米尺度的變形機制與宏觀尺度觀察到的硬化行為聯系起來。

（1）EBSD結果表明，幾乎所有初始取向沿相同方向旋轉，以沿拉伸軸產生<111>強織構，而<100>取向的晶粒保持穩定。

（2）ECCI結果顯示變形由分解的部分位錯的滑移來完成，在較大應變條件下可觀察到變形孿晶和納米孿晶/ hcp薄片。

（3）實驗數據與VPSC建模結果的比較表明，盡管變形孿晶對材料的硬化行為中有很大的貢獻，但是在織構演變過程中的作用基本上可以忽略。相反，織構演變主要由滑移驅使。

（4）全場EVP-FFT模型框架與機械響應和織構演變（對于單個晶粒中的晶內旋轉和較大尺度范圍內的行為）的實驗數據具有極好的一致性。

（5）和數據最穩合的VPSC模型（考慮機械響應，織構和孿晶體積分數）表明，在非共面系統上變形孿晶產生的潛在硬化比滑移產生的硬化大約高三倍，這主要是由于納米孿晶/ hcp薄片的形成阻止了位錯的滑移。

?文獻鏈接：Influence of deformation induced nanoscale twinning and FCC-HCP transformation on hardening and texture development in medium-entropy CrCoNi alloy（Acta Mater., 2018，DOI: 10.1016/j.actamat.2018.07.028）

本文由材料人編輯部新人組黃敏編譯，萬鑫浩審核，點我加入材料人編輯部。

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