通过交叉轧制进行纹理工程处理可以抑制异质双模合金中的机械各向异性

《Materials Science and Engineering: A》：Texture engineering via cross rolling suppresses mechanical anisotropy in heterostructured bimodal alloys

　　

摘要

经过剧烈变形和短时退火处理后的异质双峰结构中的超细晶区通常会保留强烈的滚动诱导织构，这导致在不同加载方向下出现明显的机械各向异性。为了减轻这种各向异性，引入了交叉轧制策略来促进(TiNbVTa)_99.65Cr_0.35合金中织构的多样化。经过45°交叉轧制后进行短时退火，CR45-1000合金形成了具有α-纤维和γ-纤维织构共存的异质双峰结构。此外，这种合金在不同加载方向下表现出几乎各向同性的拉伸性能，其MA_{YS和MAEL值分别为4.6%和6.9%，显著低于UR-1000合金。为了进一步阐明轧制路径、织构演变和机械行为之间的关系，在UR-1000和CR45-1000合金的拉伸断裂区域附近进行了透射电镜(TEM)表征。结果表明，UR-1000合金的拉伸变形主要由{110}<111>滑移系主导，导致明显的取向依赖性滑移局部化。相比之下，交叉轧制引起的应变路径变化促进了CR45-1000合金中{110}、{112}和{123}平面上多个{111}滑移系的协同激活。这些滑移系的协同激活增强了位错相互作用，并在拉伸变形过程中促进了位错网络和缠结的形成，从而有效抑制了局部应变积累，最终提高了CR45-1000合金的拉伸韧性各向同性。这些发现突出了应变路径工程在调控织构演变和位错活性方面的关键作用，为具有异质双峰结构的合金实现机械各向同性性能提供了一种通用策略。}

引言

难熔高熵合金(RHEAs)由于其出色的高温强度和热稳定性，已成为替代传统超合金的有前景的材料类别[1]，[2]。迄今为止，关于高熵合金的广泛研究主要集中在开发在室温下具有优异强度-韧性协同效应的RHEAs上。然而，由于其固有的原子级复杂性，实现RHEAs优异的强度和韧性组合仍然具有挑战性[3]，[4]，[5]。

已经证明，微结构工程方法（如异质双峰结构、异质层状结构和梯度结构）是缓解传统强度-韧性权衡的有效策略[6]，[7]，[8]。在这些方法中，通过强烈的冷轧和快速退火形成的异质双峰结构由于其简单的加工途径和高微结构稳定性而受到了广泛关注[9]，[10]。Zhang等人[11]通过强烈的冷轧（厚度减少90%）和短时间热处理（900°C下1小时）在Hf₁₅Nb₄₀Ta₂₅Ti₁₅Zr₅合金中制备了由纳米级晶粒和粗晶粒组成的异质双峰结构。纳米级晶粒和粗晶粒的强度通过晶界强化和纳米级晶粒中的固溶体强化显著提高，而韧性则通过多个位错滑移系的协同激活和粗晶粒内的应变适应得到改善，从而在室温下实现了优异的强度-韧性协同效应。在我们之前的工作[12]中，通过强烈的冷轧和快速退火在(TiNbVTa)_99.65Cr_0.35合金中成功开发了异质双峰结构，该合金在室温下表现出优异的强度和韧性组合，屈服应力为1100 ± 27 MPa，伸长率为25.6 ± 2.3%。然而，我们之前的研究发现，由于再结晶不完全，在超细晶粒区域仍然存在强烈的α-纤维织构。这种织构促进了特定滑移系的激活，从而导致合金的机械各向异性[13]，[14]。例如，Al-3Li-1Cu-0.4Mg-0.1Er-0.1Zr合金的单向冷轧形成了强烈的织构，这导致机械性能明显的各向异性，当拉伸加载方向从0°变为45°时，伸长率从19.1%下降到14.7%[15]。由强烈织构引起的机械各向异性显著影响了材料的可靠性和服役性能，从而限制了它们的工程应用。因此，精确控制织构演变对于消除机械性能的各向异性也至关重要。

改变轧制路径已成为促进多种织构组分发展的有效策略[16]，[17]，[18]。特别是，交叉轧制通过改变应变路径和激活多个滑移系来促进多种织构组分的形成，这有利于形成分散的取向分布。Reddy等人[19]发现不同的应变路径显著影响CoCrFeMnNi合金的织构演变，两步交叉冷轧促进了Brass、Goss和α-纤维织构的发展。交叉轧制引起的多种织构组分的多样化有效地分散和削弱了单向轧制形成的强烈织构浓度，从而降低了机械各向异性[20]，[21]。因此，交叉轧制可以用来引入多样的织构组分，这与异质双峰结构中发展的强烈织构相关的机械各向同性有关。

在本研究中，将多样化的织构组分引入了(TiNbVTa)_99.65Cr_0.35 RHEA中，同时保留了异质双峰结构。系统地研究了不同交叉轧制路径对微观结构、织构演变和机械性能的影响，以确定减轻机械各向异性的最佳轧制路径。

章节片段

实验

所有(TiNbVTa)_99.65Cr_0.35 RHEA锭都是使用高纯度（≥99.95%）原材料通过真空电弧熔炼炉制造的。每个样品都被翻转并重新熔化10次以达到成分均匀性。铸态锭被切割成尺寸为30毫米（长度）×15毫米（宽度）×12毫米（厚度）的矩形试样。随后，使用不同的冷轧路径将试样变形至厚度减少90%，如图1所示。为了清晰起见，轧制...

不同轧制路径引起的织构演变

图2展示了轧制合金的XRD图案，表明所有样品在不同轧制路径后仍保持稳定的单BCC相。值得注意的是，CR45和CR90合金的衍射峰向较低的衍射角度移动，表明交叉轧制引起的应变路径变化促进了残余晶格应变的积累[22]。

为了研究不同轧制路径对织构演变的影响，测量了{100}、{110}和{111}极图...

不同轧制路径下(TiNbVTa)_99.65Cr_0.35合金的织构演变

目前的结果表明，轧制路径显著影响(TiNbVTa)_99.65Cr_0.35合金的织构演变。具体来说，UR合金表现出主导的α-纤维织构，而CR45合金表现出以α-纤维织构为主，但α-纤维织构较弱。相比之下，CR90合金显示出α-纤维和γ-纤维织构的共存。这种织构演变主要与应变路径变化引起的晶格旋转行为差异有关...

结论

通过45°交叉轧制后进行短时退火，成功制备了具有异质双峰结构的CR45-1000合金，表现出α-纤维和γ-纤维织构的共存。系统地研究了轧制路径、织构演变和机械性能之间的关系，主要结论总结如下：

(1)

交叉轧制通过诱导...

CRediT作者贡献声明

Shiwen Hu：验证、调查。Shuyue Lv：写作 – 审稿与编辑，写作 – 原始草稿，调查，正式分析。Qinglin Li：写作 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取。Yang Liu：资源，方法论。Lijuan Chen：可视化，监督

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢中国自然科学基金（编号：52061026）和兰州市的关键研发计划，以及由甘肃省科技计划支持的甘肃省优秀博士计划（编号：24JRRA212；编号：25JRRA131）。

Shuyue Lv|Qinglin Li|Yang Liu|Lijuan Chen|Shiwen Hu

中国兰州市兰州工业大学先进有色金属加工与回收国家重点实验室，兰州730050