MAT SCI ENG A：嚮應用跨越——冷軋Al0.25CoCrFeNi高熵合金

【引言】

多組元高熵合金(HEA)，以其簡單的晶體結構以及高熵效應所帶來的各種影響吸引了眾多研究目光。近些年的研究發現高熵合金相比於傳統材料，具有極佳的強度硬度、低/高溫強度、熱穩定性以及耐腐蝕。耐氧化性等。目前多數研究主要集中於鑄態HEA，而鑄態合金易於產生縮孔等缺陷。面對這一情況，強塑性變形輔以熱處理則最有希望解決這些問題。

【成果簡介】

日前，太原理工大學喬珺威教授(通訊作者)在Materials Science and Engineering: A上發表了一篇名為"Strengthening in Al0.25CoCrFeNi high-entropy alloys by cold rolling"的文章。研究冷軋對Al0.25CoCrFeNi高熵合金在不同形變數下的晶體結構、微觀組織、機械性能的影響。其研究結果如下：(1)隨變形量的增加，變形機制由位錯滑移轉為剪切帶滑移。(2)大量變形下材料內部為均質變形和剪切斷裂模式。(3)冷軋使材料表面由無序組織轉變為戈斯織構，並且隨形變數超過50%時也出現了黃銅型織構。(4)冷軋形成了大量密排的位錯胞，提高了硬度、屈服強度、抗拉極限。其中冷軋量為90%的合金有著絕佳的抗拉強度和硬度，其值分別為1479Mpa和401.3HV。

【圖文導讀】

圖1：不同軋制量下的XRD圖譜與晶格參數

(a) XRD圖譜表明經軋制後，其晶體結構並未發生變化。I(111)與I(220)的變化則表明了有新的組織形成;

(b) 右圖表明材料的晶格參數隨著冷軋量的增加而增加。

圖2：Al0.25CoCrFeNi的組織演化過程

(a) 鑄態枝晶組織;

(b) 軋制量30%;

(c) 軋制量70%;

(d) 軋制量90%;

插圖表示隨著軋制量的增加，晶粒沿著軋制方向發生了嚴重的變形;在冷軋量超過90%時，電解拋光後的試樣可以觀察到剪切帶。

圖3：拉伸試樣的工程應力-應變曲線

(a) 鑄態Al0.25CoCrFeNi有著極好的延展性，斷裂形變數可達60%，但屈服強度僅有126MPa;

(b) 以延展性下降為代價，冷軋極大地增加了屈服強度和斷裂強度。其中平衡性最好的一組結果為形變數30%時，屈服強度691MPa，抗拉強度736MPa伸長12.5%;

圖4：拉伸試樣斷口的宏觀觀察與微觀組織

(a-c) 鑄態以及50%，90%軋制量時的斷口宏觀形貌;表明斷裂為剪切斷裂模式，在一定角度上存在著最大切應力平面優先斷裂;

(d-f) 鑄態以及50%，90%軋制量時斷口表面俯視圖;表明經過軋制，孔隙率降低，縮孔減少，斷裂模式為塑性斷裂中典型的韌窩斷裂;

(d』; d』』; e』; f』)d、e、f經局部放大後的圖片。

圖5：Al0.25CoCrFeNi的EBSD圖

(a) 鑄態枝晶組織;

(b) 軋制量30%;

(c) 軋制量50%;

圖中晶粒取向用不同顏色標定;橫向為軋制方向，縱向為截面方向。鑄態的等軸晶隨軋制量增加而被逐漸拉長，同時取向也發生很大程度的變化。表明了冷軋能夠改變晶粒取向、拉長晶粒尺寸並晶粒內部形成滑移帶。

圖6：Al0.25CoCrFeNi的反極圖

(a) 鑄態;

(b) 30%冷軋量;

(c) 50%冷軋量;

(d) 70%冷軋量。

冷軋量為30%時出現戈斯織構，表明了滑移沿晶面族方向滑移;冷軋量超過70%時，平行於軋制方向;在50%軋制量時，的交滑移逐漸失去支配地位，取而代之的是剪切滑移帶。

圖7：Al0.25CoCrFeNi的透射電鏡照片

(a) 90%冷軋量下試樣的TEM照片，其中A區域為FCC相結構;可以看到冷軋形成了大量密排的位錯胞;

(b) 將A區域放大後的衍射花樣。超點陣斑表明其有著穩定的FCC結構，這也印證了先前的XRD分析結果。

【小結】

高熵合金從提出概念至今已經過去了十多年，研究發現高熵合金所具有超越傳統材料幾倍甚至幾十倍的優異性能。研究的同時也需要對高熵合金進行產業化，商業化探索，使其能夠更好地服務於社會。此研究將Al0.25CoCrFeNi進行了不同程度的冷軋，探究了其內部的變形機制，織構演化過程，為高熵合金走向產業化道路奠定了堅實的一步。

文獻鏈接：Strengthening in Al0.25CoCrFeNi high-entropy alloys by cold rolling (MAT SCI ENG A,2017,DOI: 10.1016/j.msea.2017.09.089)

本文由材料人編輯部郭勇編譯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。

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