共晶高熵合金中温度依赖性相选择性再结晶的调控机制及其力学性能优化

本研究针对共晶高熵合金（EHEA）中强度与塑性的平衡难题，通过相选择性再结晶（PSR）策略，系统探究了退火温度（800-1200°C）和冷轧次数对Ni44Co10Cr12Fe15Al17W2合金FCC/B2双相结构演化的影响。研究发现，1000°C退火后形成的PSR结构（FCC完全再结晶+B2回复相）使合金延伸率提升至27%（铸态17%），同时保持868 MPa高屈服强度。该成果为EHEA的工程应用提供了可调控的加工窗口和强化机制理论支撑。

　　

在金属材料领域，如何突破强度与塑性的"鱼与熊掌"困境一直是科学家们追逐的目标。传统高熵合金（HEA）往往面临单相结构带来的性能局限——面心立方（FCC）结构合金塑性优异但强度不足，体心立方（BCC）结构合金则反之。2014年Lu等人开创性地将共晶合金与高熵合金概念结合，开发出具有FCC/B2层状结构的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金（EHEA），为破解这一难题提供了新思路。然而，铸态合金固有的孔隙缺陷和未经优化的相结构仍制约着其性能提升。

针对这一挑战，研究人员对新型Ni₄₄Co₁₀Cr₁₂Fe₁₅Al₁₇W₂ EHEA展开深入研究。该团队创新性地采用相选择性再结晶（PSR）技术，通过精确调控退火温度（800-1200°C）和冷轧次数，成功实现了FCC相与B2相的差异化结构调控。相关成果发表在《Materials Science and Engineering: A》上，为EHEA的微观结构设计提供了重要理论依据。

研究主要采用真空电弧熔炼制备合金铸锭，结合多道次冷轧（30%-70%变形量）和阶梯退火处理。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）等多尺度表征手段，系统分析了不同处理条件下FCC/B2相的再结晶行为与力学性能关联性。

Microstructural characteristics
研究发现所有处理态合金均保持FCC+B2双相组成。800°C退火样品（PSR800）保留层状结构且两相均处于回复状态；1000°C处理（PSR1000）形成典型的PSR结构——FCC相完全再结晶而B2相仅发生回复；1200°C处理（PSR1200）则导致两相均完全再结晶为等轴晶。TEM分析揭示B2相内存在纳米析出相，这种微观结构差异直接影响力学性能。

Temperature-dependence of PSR
研究明确了PSR的温度敏感机制：在800°C时，FCC相中位错滑移形成亚结构；1000°C时FCC相发生典型再结晶而B2相因高晶界迁移阻力仅发生回复；1200°C时两相均突破再结晶能垒。这种温度依赖性行为被归因于FCC相（低层错能）与B2相（高Peierls势垒）的变形储能差异。

Conclusion
研究得出三大核心结论：（1）首次划定EHEA中PSR加工窗口，证实FCC相再结晶温度比B2相低200°C；（2）PSR1000样品展现出最佳强塑性匹配（屈服强度868 MPa，延伸率27%），其高强度源于层状结构的界面强化，优异塑性则归因于PSR结构减少的裂纹形核位点；（3）揭示FCC相通过位错滑移主导变形，而B2相通过应力集中引发解理断裂的协同变形机制。

该研究不仅为EHEA的微观结构精准调控提供了理论指导，其提出的PSR策略更可推广至其他双相合金体系。通过相间变形协调性的优化设计，为开发新一代高性能结构材料开辟了新路径。特别是研究中发现的温度敏感窗口，对实际工业生产中的热处理工艺制定具有重要参考价值。