基于阶段性自适应微结构缓冲的轻质难熔中熵合金实现室温超强成形性研究

针对轻质难熔中/高熵合金(LRH/MEAs)室温延展性和成形性差的瓶颈问题，研究人员通过设计Ti50V29.5Zr10Nb10Mo0.5合金体系，揭示了冷轧过程中滑移带/扭折带-剪切带-位错通道的阶段性微结构演变规律，实现了96%厚度缩减率和1600%延伸率的超强成形性，为航空航天等领域高性能轻量化构件制造提供了新策略。

　　

在材料科学领域，轻质难熔中/高熵合金(LRH/MEAs)因其低密度(<6.5 g/cm³)和优异的高温强度被视为航空发动机叶片等关键部件的理想候选材料。然而这类合金存在一个致命缺陷——室温下极差的延展性，通常延伸率不足10%，导致复杂形状构件无法通过常规冷加工成型。传统解决方案依赖高温热加工或中间退火，不仅能耗高且易引发晶粒粗化。如何突破室温成形性极限，成为制约其工程应用的世界性难题。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地提出"阶段性自适应微结构缓冲"设计理念。通过精确调控Ti₅₀V_29.5Zr₁₀Nb₁₀Mo_0.5合金成分，成功开发出单相体心立方(BCC)结构轻质中熵合金，密度仅5.6 g/cm³。研究发现该合金在冷轧过程中展现出惊人的1600%延伸率，厚度缩减率达96%，且无需中间退火。经400°C退火后，0.2 mm薄带的屈服强度高达1.5 GPa同时保持10%延伸率，性能指标刷新领域纪录。这项突破性成果发表于《Journal of Materials Science》，为发展新一代可冷加工难熔合金提供了范式转变。

关键技术方法包括：1) 电弧熔炼结合铜模铸造制备均质合金铸锭；2) 多道次冷轧实现渐进式变形；3) 电子背散射衍射(EBSD)表征微观结构演变；4) 透射电镜(TEM)观察位错构型；5) 室温拉伸测试评估力学性能。

【Initial microstructural investigations】
EBSD分析显示铸态合金为等轴晶组织，平均晶粒尺寸41 μm。冷轧初期(<20%变形量，StageⅠ)主要依赖位错滑移和扭折带协调变形；中期(20-80%，StageⅡ)形成交叉剪切带网络；后期(>80%，StageⅢ)则演变为位错通道与纳米晶带复合结构。这种动态变化的微结构体系有效分散应力集中，抑制裂纹萌生。

【Discussion】
超强成形性机制可归结为三阶段协同作用：StageⅠ的扭折带延缓局部应变积累；StageⅡ的剪切带实现应变分区；StageⅢ的位错通道促进均匀变形。密度泛函理论计算表明，Mo元素的微量添加显著提升位错交滑移能力。冷轧后退火形成的纳米析出相与高位错密度共同贡献1.5 GPa超高强度。

【Conclusions】
该研究首次证实通过设计自适应微结构缓冲可突破BCC合金室温成形性极限。提出的"成分设计-变形机制-性能调控"三位一体策略，不仅适用于LRH/MEAs体系，还可推广至其他难加工材料开发。这项成果将加速轻质高强合金在精密仪器、柔性电子等新兴领域的应用进程。