發布時間：2023年4月13日
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近日，我院徐先東-陳江華教授團隊基于共晶多組元合金中的退火誘導硬化現象及其機理研究，以“Mechanistic origin of abnormal annealing-induced hardening in an AlCoCrFeNi2.1 eutectic multi-principal-element alloy”(DOI：10.1016/j.actamat.2023.118905)為題，在金屬材料頂級期刊Acta Materialia上發表最新研究成果。
鑄造共晶多組元合金具有獨特的雙相組織和較低的相界面能，可以實現強塑性的優良匹配；同時，還具有較低的熔點、較好的鑄造性能和優異的高溫組織穩定性，使其在低熔點焊料、低溫和高溫結構材料等領域具有廣泛的應用前景。然而，鑄態共晶多組元合金的強度普遍較低，變形過程中硬相界面可作為裂紋源使合金過早失效，從而導致伸長率較低。因此，如何提升鑄態共晶多組元合金的強度，實現強塑性的優良匹配一直是科研工作者們亟待克服的難題。
退火硬化現象是冷加工固溶體合金中常見的現象，是強化金屬材料的有效手段。退火硬化來源于冷變形產生的位錯結構，比如位錯鎖，位錯胞和納米孿晶等，而且，冷變形是固溶體合金中退火硬化的前提，沒有冷變形則觀察不到退火硬化行為。然而，研究發現鑄態的AlCoCrFeNi2.1共晶多組元合金經過低溫熱處理也表現出了退火硬化行為，為了揭示AlCoCrFeNi2.1共晶多組元合金中這種反常的退火誘導硬化機制，借助XRD、SEM、TEM和STEM等表征技術從多尺度表征了共晶合金在退火過程中微觀組織的演變，并通過納米壓痕實驗分別研究了FCC和B2兩相在退火過程中微觀力學性能的變化。
研究結果表明：鑄態AlCoCrFeNi2.1共晶多組元合金的兩相界面具有較好的高溫熱穩定性，當退火溫度低于700 ℃時，FCC和B2兩相片層組織形貌和面積分數沒有發生明顯變化；納米壓痕實驗表明FCC和B2兩相均隨著退火溫度的升高而硬化，但只有FCC相的硬化行為與宏觀力學性能的變化趨勢相似，因此，共晶合金中的退火誘導硬化行為主要與FCC硬化有關；隨著退火溫度的增加，L12相的體積分數先升高后降低，與FCC相的硬化行為相似，這解釋了FCC相低溫硬化和高溫軟化；而BCC析出相體積分數持續增加，這解釋了B2相的硬化行為。該工作對進一步理解共晶多組元合金的結構和設計高強度共晶結構材料具有借鑒意義。
湖南大學材料科學與工程學院為論文第一完成單位，博士研究生程清為論文第一作者，徐先東和陳江華教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金項目、北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室開放基金資助項目等的支持。
來源：湖南大學材料科學與工程學院網站 2023.4.13