Co31.5 Fe18.5 Ni31.5 Al18.5 共晶高熵合金的微观结构调控与强化机制研究：从铸态到热机械处理的性能突破

为解决共晶高熵合金(EHEA)强度-塑性难以协同提升的难题，研究人员通过冷轧退火(CRA)热机械处理技术对铸态Co31.5 Fe18.5 Ni31.5 Al18.5 EHEA进行改性，成功构建双相异质结构，使屈服强度提升105%至1231±8 MPa的同时保持7.8%±0.3%的延展性。该研究首次揭示FCC单相性能对整体强化的关键作用，为EHEA微观结构优化提供新思路。

　　

在材料科学领域，如何实现材料强度与塑性的协同提升一直是研究者们孜孜以求的目标。传统合金设计往往面临"强度-塑性倒置"的困境，而近年来兴起的高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)特别是具有规则共晶组织的共晶高熵合金(Eutectic high-entropy alloys, EHEAs)，为解决这一难题提供了新的可能。这类合金通过巧妙组合面心立方(FCC)相的优异塑性和体心立方(BCC)相的高强度，展现出令人瞩目的性能潜力。然而，铸态EHEAs的力学性能往往难以满足实际应用需求，亟需开发有效的后处理工艺来进一步提升其性能。

针对这一挑战，国内研究人员选择Co_31.5
Fe_18.5
Ni_31.5
Al_18.5
这一典型FCC/BCC结构EHEA作为研究对象。该合金铸态条件下虽具有599±5 MPa的屈服强度和7.8%±0.4%的延伸率，但这一性能组合仍显不足。研究团队创新性地采用冷轧退火(Cold rolling and annealing, CRA)这一热机械处理工艺，成功将合金性能提升至新高度，相关成果发表在《Journal of Materials Science》上。

研究采用真空电弧熔炼结合水冷铜模铸造制备铸态合金，通过70%冷轧变形后650°C/1h退火实现CRA处理。利用电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等先进表征手段系统分析微观结构演变，结合室温拉伸测试评估力学性能，并通过断口形貌观察和变形亚结构分析揭示强化机制。

微结构特征
铸态合金呈现典型的共晶枝晶与共晶胞状组织，其中NiAl(B2)与CoFeNi(FCC)两相主要呈现层片状结构。CRA处理后，双相发生部分再结晶，其中FCC相较BCC相表现出更高再结晶程度，形成独特的双异质结构。这种微观结构的精确调控是实现性能突破的关键。

力学性能突破
CRA处理使合金屈服强度显著提升至1231±8 MPa，增幅达105%，同时延展性保持稳定(7.8%±0.3%)。变形行为分析表明FCC相承担主要塑性变形，而BCC相几乎不变形，这种应变分配特性有效协调了强度-塑性矛盾。

强化机制解析
研究从两个维度阐明强化机制：一是传统强化机制协同作用，包括位错强化、沉淀强化、晶界强化和界面强化，特别是首次对FCC单相性能的系统评价为理解整体强化提供了新视角；二是异质变形诱导(HDI)应力强化，双相变形不协调产生的背应力显著提升材料强度。

这项研究的意义在于：首先，通过CRA工艺实现了EHEA强度的大幅提升而不牺牲塑性，为高性能EHEA开发提供了可借鉴的工艺路线；其次，建立的FCC单相性能与整体强化关联性为理解多相合金强化机制提供了新思路；最后，提出的双异质结构设计策略可推广至其他多相合金体系。这些发现对推动EHEAs在航空航天、能源装备等领域的应用具有重要指导价值。