单晶铜加工线材中的应变诱导再结晶行为：微量钇对室温下机械性能演变的影响

《Materials Science and Engineering: A》：Strain-induced recrystallization behavior in single-crystal copper processing wires: The role of trace Y on mechanical property evolution at room temperature

高熵合金通过冷轧和600℃直接时效形成纳米层状L1?析出相，实现1518 MPa屈服强度与14.1%均匀延伸率的高强韧协同。纳米层状结构阻碍位错运动同时降低界面应力集中，其强化机制源于高密度FCC/L1?纳米层界面对位错的拦截效应。

　　高/中熵合金（H/MEAs）因其可调的微观结构和广泛的性能组合，已成为材料科学领域的重要研究方向。这类合金通常包含多种金属元素，使其在高温环境下具有优异的稳定性和机械性能。其中，L1?析出相因其在增强强度方面的显著作用而备受关注。然而，由于钴元素的高成本，如何在不牺牲性能的前提下降低合金成本成为研究的难点。本文提出了一种新的无钴Ni??Fe??Cr??Al?Ti?中熵合金，通过冷轧后在600°C进行直接时效处理（A600），成功获得了具有独特共格纳米层状Ni?（Al,Ti）-L1?析出相的合金。该合金展现出高达1518 MPa的屈服强度和14.1%的均匀延伸率，实现了强度与延展性的协同提升，同时保持了良好的成本效益。

纳米析出相在H/MEAs中被广泛认为是增强机械性能的关键因素之一。由于高/中熵合金中元素扩散速度较慢，纳米析出相能够在高温下形成细小且分散的颗粒，从而有效阻碍位错运动，提高合金强度。然而，这种增强作用往往伴随着延展性的降低。在传统H/MEAs中，L1?析出相通常以近球形形态存在，这种形态虽然有助于提高强度，但可能对塑性变形产生不利影响。相较之下，层状L1?析出相因其特殊的微观结构，能够允许移动的位错通过，从而降低层状相界面处的应力集中，提高合金的延展性。尽管层状析出相在强度方面优于近球形析出相，但其变形机制与近球形析出相之间的差异尚未完全阐明。

在研究中发现，层状L1?析出相在含钴的H/MEAs中表现尤为突出，能够显著提升合金的机械性能。例如，Fan等人在一项研究中报道了一种含钴的Co?.?CrNi?.?Al?.?Ti?.?V?.?中熵合金，其屈服强度达到1750 MPa，延展性为23.9%。这种优异性能被归因于异质晶粒结构和双重形态（球形与层状）的L1?析出相。他们进一步确认，层状析出相的强化效应是球形析出相的1.75倍。另一项研究中，一种完全层状L1?析出相的（Ni?.?FeCoCr?.?）??.?Al?.?Ti?.?高熵合金，其屈服强度超过了2000 MPa，这种超高强度源于位错运动被高密度层状析出相边界所阻碍。然而，尽管层状析出相在强度方面优于球形析出相，其在变形过程中的具体机制仍需进一步探讨。

在不含钴的H/MEAs中，研究者尝试通过引入镍元素来维持所需的面心立方（FCC）固溶体结构。然而，这种尝试并未成功，因为层状析出相的形成会导致镍元素在晶界处的扩散，从而影响合金的强度。此外，缺乏钴元素的合金通常具有较高的堆垛层错能（SFE），这可能导致延展性的下降。因此，如何在无钴条件下实现高强度与高延展性的协同提升，成为当前研究的重点。

本文研究的Ni??Fe??Cr??Al?Ti?中熵合金通过优化合金成分和热机械处理工艺，成功形成了独特的共格纳米层状L1?析出相。该合金在冷轧后于600°C进行直接时效处理，展现出显著的强度与延展性。研究还发现，这种纳米层状析出相不仅能够有效阻碍位错运动，还允许移动的位错通过，从而降低应力集中，提高塑性变形能力。这表明，通过合理设计合金成分和热机械处理工艺，可以实现高强度与高延展性的协同提升。

为了进一步探讨纳米析出相的形成条件及其对合金性能的影响，研究者对不同时效条件下的合金微观结构进行了分析。结果表明，A600和A900处理后的合金均含有L1?纳米析出相，但其形态和体积分数存在显著差异。通过模拟相图分析，研究者揭示了这些差异的原因。此外，研究还对原始铸态样品和短时间时效样品的微观结构进行了观察，进一步验证了热机械处理对析出相形态的影响。

在研究中，采用透射电子显微镜（TEM）技术对合金的微观结构进行了详细分析。结果表明，A600处理后的合金形成了高密度的FCC/L1?纳米层状边界，这些边界能够有效积累位错，从而提高合金的强度。相较之下，A900处理后的合金中析出相形态较为近球形，其对位错运动的阻碍作用较弱，因此强度较低。此外，共格纳米层状析出相的形成使得位错能够更顺畅地通过，从而减少层状相界面处的应力集中，提高合金的延展性。

研究还发现，纳米析出相的体积分数和分布对合金性能具有重要影响。在A600处理后的合金中，析出相的体积分数较高，且分布较为均匀，这有助于提高合金的强度和延展性。而A900处理后的合金中析出相体积分数较低，且分布不均，这可能导致强度下降和延展性降低。因此，通过优化热机械处理工艺，可以有效调控析出相的形态和分布，从而实现强度与延展性的协同提升。

此外，研究者还对合金的力学性能进行了测试。结果表明，A600处理后的合金在室温下的屈服强度达到1518 MPa，而A900处理后的合金屈服强度较低。同时，A600处理后的合金表现出更高的延展性，这表明其在保持高强度的同时，也具备良好的塑性。这些结果进一步验证了纳米层状析出相在提高合金性能方面的有效性。

综上所述，本文研究的无钴Ni??Fe??Cr??Al?Ti?中熵合金通过优化合金成分和热机械处理工艺，成功形成了独特的共格纳米层状L1?析出相。这种析出相不仅能够有效阻碍位错运动，提高合金强度，还允许位错通过，减少应力集中，提高延展性。研究结果表明，通过合理设计合金成分和热机械处理工艺，可以在无钴条件下实现高强度与高延展性的协同提升，为高性能H/MEAs的设计与应用提供了新的思路。