《Acta Materialia》：CoCrFeNi高熵合金的动态变形行为和机理！

  在曩昔的十年中，经过将挨近等原子比（5%至35%）的多种元素（四种或更多）合金化到固溶体相中，提出并合成了一类新式合金，被称为高熵合金（HEA）。这种HEA战略打破了传统合金规划的局限性，大大拓宽了合金的规划空间。经过调整元素的成分或浓度，科学家能调理 HEA 的微观结构，以进一步完成所需的机械性能。 HEA 表现出杰出的机械性能，如高强度、优异的延展性、高断裂韧性和杰出的耐热性。因为其共同的微观结构和化学成分，高熵合金（HEA）表现出杰出的机械性能，如高强度、优异的延展性和杰出的耐热性。但是，迄今为止，关于 HEA 动态行为的研讨还很有限。

  来自北京理工大学和清华大学的学者经过结合力学测验和分子动力学模仿，体系地研讨了CoCrFeNi HEA及其连接在动态加载下的力学行为和变形机制。对多晶CoCrFeNi HEA 样品在不同应变率下的紧缩测验标明，屈服应力和活动应力均随应变率的添加而添加，而且因为HEA 的固溶强化和晶格畸变而表现出明显的应变率敏感性。 CoCrFeNi HEA 的应变率敏感性从低应变率 (5.0×10−5–2.5×103 s−1) 下的 0.010 改变为高应变率 (2.5×103–6.5×103s−1) 下的 0.333。大规模分子动力学模仿进一步提醒，这种改变与低应变率下的位错成核和滑移到高应变率下的很多位错成核和阻力的塑性变形机制改变有关。此外，CoCrFeNi HEA 在高应变率下表现出明显的应变硬化才能，这源于初级和次级纳米级孪晶以及孪生孪生和孪生位错相互作用的构成。咱们现在的研讨提醒了动态载荷下 HEA 的塑性变形机制，为规划和制作具有优异才能动态机械性能的 HEA 供给了辅导。相关作业以题为“Dynamic deformation behaviors and mechanisms of CoCrFeNi high-entropy alloys”的研讨性文章宣布在Acta Materialia。

  图 2. CoCrFeNi HEA 在不同应变率下的单轴紧缩行为。 (a) 不同应变率下的真应力-真应变曲线%应变下屈服应力和活动应力随应变率的改变。 Al、Ni 和 Cu的数据用于比较。 (c) 不同应变下的活动应力随应变率的改变。 (d) 应变硬化率随实在应变的改变。

  图 5. MD 模仿中 CoCrFeNi HEA 的单轴紧缩。 (a) 具有 4 个晶粒的模仿多晶样品的初始原子构型。 (b) 模仿样品在不同应变率下的应力-应变曲线。 (c, d) 屈服应力和活动应力随应变率的改变。 (e) 应变率为 15.0%、应变率为 2×107 s−1时模仿样品的原子构型。 (e) 应变率为 15.2%、应变率为8×109 s−1时模仿样品的原子构型。白色虚线标明多个纳米级孪晶的孪晶鸿沟。白色实线标明矩阵和孪晶域中的原子摆放。

  图 6. 模仿样品在不同应变率下变形过程中的位错演化。 (a-c) 应变率为 2×107 s−1 时模仿样品中位错散布的一系列快照。 (d-f) 应变率为 8×109 s−1时模仿样品中位错散布的一系列快照。 (g) 在不同应变率下施加应变时位错密度的演化。

  图 9. 依据 MD 模仿，在应变率为 8×109 s−1的变形样品中构成分层孪晶。 (a) 晶界的位错发射。 (b-c) 初级孪晶 (T1) 的成核和成长。 (d-e) 二次双胞胎 (T2) 的成核和成长。 (f) 首要双胞胎和非必须双胞胎之间的相互作用。白色和黄色别离代表首要和非必须双胞胎。

  总归，本研讨经过准静态/动态紧缩测验研讨了 CoCrFeNi HEA 在应变率规模从 5.0×10−5 s−1到 6.5×103 s−1的变形行为和相关机制。本研讨还进行了 MD 模仿来弥补试验并提醒潜在的变形机制。试验依据成果得出，跟着应变速率的添加，多晶CoCrFeNi HEA的屈服应力和活动应力均明显添加。 5%应变下的流变应力的SRS从低应变率下的0.010改变为高应变率（2.5×103–6.5×103s−1）下的0.333 。试验剖析和MD模仿相结合标明，这种SRS改变归因于从低应变率下的位错成核和滑移到高应变率下的很多位错成核和位错阻力的变形机制改变。此外，在高应变速率下，CoCrFeNi HEA 的应变硬化速率随应变的改变存在一个渠道，标明高应变速率下具有明显的应变硬化才能。这种明显的应变硬化源于初级和次级纳米级孪晶以及孪生和孪生位错相互作用的成核和延伸。本研讨成果供给了动态载荷下 HEA 塑性变形的机制见地。（文:SSC）

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