Acta Mater.：变形诱导纳米孪晶及FCC-HCP相变对中熵CrCoNi合金的硬化及织构演变的影响

【引言】

多主元素合金或高熵合金因潜在的拉伸强度和延展性而得到高度认可。这些合金可与其他先进高强钢（如孪晶诱导塑性钢，TWIP）相媲美。最近，备受关注的等原子中熵合金--CrCoNi合金，一种面心立方（fcc）单相固溶体，具有出色的抗拉强度和断裂韧性。与许多常见的TWIP钢相比，该合金具有更高的屈服强度和不逊色的延展性，对于研究如何克服常见延展性制约（strength-ductility tradeoff）的问题有很大的参考价值。 CrCoNi合金也可作为检测亚稳态合金变形-诱导相变的模型合金。尽管最近成功揭示了纳米尺度的变形行为，但这些发现与合金的硬化及更大尺度范围下的组织演变之间关联却很少。

【成果简介】

近日，美国俄亥俄州大学S.R. Niezgoda教授（通讯作者）等人开展了一项全新的工作：通过实验和模型的结合，探究了CrCoNi合金在介观尺度下的响应，进而将假设的纳米尺度硬化机制与宏观尺度观察到的硬化行为进行关联。该项成果以题为“Influence of deformation induced nanoscale twinning and FCC-HCP transformation on hardening and texture development in medium-entropy CrCoNi alloy”发表在期刊Acta Mater.上。

【图文简介】

图一 退火试样的微观组织表征

（a）拉伸样品几何形状示意图

（b）沿试样拉伸轴方向（<010>）的反极图，表明在拉伸之前为完全再结晶组织

（c）CrCoNi合金的EDS图，表明合金中元素均匀分布

图二 CrCoNi合金的真应力-应变曲线

图三 5％应变下的变形微观组织

（a）在低放大倍数下可见多个滑移系统开动

（b）更高放大倍数下显示了单个位错和扩展的堆垛层错

（c）反极图表示了相同区域下晶体学取向和位置

图四 51％应变下的变形微观组织

（a）方向和拉伸轴平行的IPF图

（b）相同区域的<345>空间轴的ECCI表征，显示了高密度变形孪晶

图五 CrCoNi合金室温下变形亚结构的STEM表征

（a）、（b）变形孪晶的HAADF-STEM图像及相应的对称中心（Center Of Symmetry，COS）图

（c）、（d） 变形孪晶周围形成的四层hcp相的HAADF-STEM图像及相应的COS图

（e）、（f）形成的nanotwin-hcp薄片的HAADF-STEM图像及相应COS图

所有的STEM图片均沿着[101]_fcc 方向获得。

图六 变形亚结构随着应变的演化过程

图七 VPSC和FFT模型结果与实验数据的比对

（a）VPSC和FFT模型与实验数据的比较，插图反映了20%真应变条件下曲线的放大部分

（b）使用不同的Voce硬化参数预测应力-应变曲线

图八 不同真应变力下，平行于拉伸轴的反极图

（a）0％

（b）8％

（c）20％

（d）51％

（a-c）为相同区域下的表征，（d）为不同区域下的表征

图九 不同织构的体积分数随真应变的演变

图十 20％应变下，不同织构的体积分数的实验数据和模拟结果的比较

图十一 实验及基于FFT模型观察到的晶内旋转

图十二 具有不同初始取向的晶内旋转的观察结果

（a）<110>取向附近

（b）<100>和<110>的中间取向。反极图为样品拉伸轴方向，<010>方向。

 图十三 孪晶体积分数随应变和初始取向的演变

（a）孪晶总体积分数

（b）选定初始取向下的EVP-FFT结果。

【小结】

该研究主要为在中熵合金体系CrCoNi中进行中断拉伸测试以研究织构的演变，从而将纳米尺度的变形机制与宏观尺度观察到的硬化行为联系起来。

（1）EBSD结果表明，几乎所有初始取向沿相同方向旋转，以沿拉伸轴产生<111>强织构，而<100>取向的晶粒保持稳定。

（2）ECCI结果显示变形由分解的部分位错的滑移来完成，在较大应变条件下可观察到变形孪晶和纳米孪晶/ hcp薄片。

（3）实验数据与VPSC建模结果的比较表明，尽管变形孪晶对材料的硬化行为中有很大的贡献，但是在织构演变过程中的作用基本上可以忽略。相反，织构演变主要由滑移驱使。

（4）全场EVP-FFT模型框架与机械响应和织构演变（对于单个晶粒中的晶内旋转和较大尺度范围内的行为）的实验数据具有极好的一致性。

（5）和数据最稳合的VPSC模型（考虑机械响应，织构和孪晶体积分数）表明，在非共面系统上变形孪晶产生的潜在硬化比滑移产生的硬化大约高三倍，这主要是由于纳米孪晶/ hcp薄片的形成阻止了位错的滑移。

 文献链接：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）

本文由材料人编辑部新人组黄敏编译，万鑫浩审核，点我加入材料人编辑部。

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