【48812】山东大学等协作顶刊《IJP》：经过晶界工程完结超细晶高铬多主元合金与强塑性优化

  为了提高合金的耐腐的才能、耐磨性、抗氧化性和高温力学功能，向传统合金或多主元合金中添加铬元素通常是必要的办法。但是，在高铬多主元合金中，惯例的热机械处理用于细化晶粒和操控纳米分出相，往往会在晶界处导致脆性相的分出，这关于一起完结优异的归纳力学功能构成了显着应战。现在，学者们测验经过合金成分规划、热处理优化以及推进晶粒内共格分出相的构成，来削弱由脆性相分出引起的晶界脆化现象，但这仍是一个具有应战性的研讨方向。

  本项研讨经过铸造、均一化、热挤压、冷轧及退火进程调控了合金中晶内和晶界的分出行为。快速热挤压进程中不均匀的变形约束了彻底的动态再结晶的进行，使得粗大的fcc晶粒改变为由细微晶粒和条状粗大晶粒组成的异质结构。热挤压的后期，不彻底动态再结晶首要发生在晶界处或在一些拉长的晶粒内部高度变形区域，使得大部分细微动态再结晶晶粒首要散布在粗晶间和部分粗粒内部。并伴随着L12纳米相的显着分出。冷轧进一步破碎了晶粒，并产生了位错亚结构的不均匀散布。需求阐明的是，动态再结晶和分出行为在热挤压进程的中后期一起发生，L12纳米分出相在本来大塑性变形区域的分出较于其他区域变得更显着。而位错则呈现相反的散布，位错在长条状粗晶中相对较多，在动态再结晶晶粒内相对较少乃至没有。冷轧进一步破碎晶粒，并产生了位错亚结构的不均匀散布，一起连续了L12纳米分出相的不均匀散布。

  图1热挤压样品的微观结构。EBSD(a)反极图和(b)晶界/相图，(c)拉长粗晶粒的TEM，(d)RS1区域的暗场TEM，(e)RS2区域的HRTEM（插图：FFT图），(f)从L12相的衍射斑驳提取的逆IFFT图，(g)细微再结晶晶粒的TEM图，扩大的(h)明场像和(i)暗场像，RK1区域（插图：SAED），(j)粗晶与细晶之间的界面结构的TEM图画，以及(k)SAED图画和(l)RK2区域的暗场TEM图画。图(d)、(i)和(k)中的绿色圆圈承认了L12相的衍射斑驳，这些斑驳被用来获取暗场像。

  随后退火工艺引起彻底静态回复和彻底再结晶，产生了有着十分显着退火孪晶的超细晶粒结构。退火前样品中的L12纳米分出相的不均匀散布导致后续退火处理不能彻底溶解从前存在的L12纳米分出相，因而导致 L12纳米分出相的残留，并在随后静态再结晶进程中倾向长大和粗化，耗费了周围很多的Ni、Al和Ti的，促进了富Cr脆性相的协同分出。此外，因为安稳L12相的Al、Ti元素的耗费，基体中L12相的从头分出变得反常困难，终究不在超细晶基体中分出。

  图2退火样品的SEM/EBSD图。(a)SEM图和(b)扩大的BC图，(c)细微的fcc晶粒和晶界亚微米L12晶粒和σ相反极图，以及(d)晶界/相图；(e-i)EDS图。

  以上取得超细晶结构和晶界双相分呈现象显着提高了合金的维氏硬度和拉伸功能，硬度到达446 ± 10.6HV，屈从强度和抗拉强度别离提高到约1552 MPa和约1773 MPa，均匀延伸率为9.7%。与从前含有富Cr脆性晶界分出相的合金比较，这种双相晶界分出的合金样品展现出了杰出的强度和塑性匹配度以及优异的高温热安稳性。强化机制首要归因于晶粒细化、位错强化和双相晶界分出。高密度的晶界/孪晶界有用阻挠了位错的运动，而坐落晶界邻近的预存在位错进一步添加了晶内位错密度。晶界亚微米相分出提高了晶界滑移阻力。上述多种要素导致屈从强度的添加。随后塑性变形进程中，位错的堆积和缠结变得更显着，一起在fcc晶粒内呈现很多的位错和层错。退火孪晶加重了在σ/fcc和L12/fcc界面邻近的塑性变形，导致交滑移和L-C Lock网络的构成。此外，在σ/σ和σ/L12相界面易构成微裂纹，但耐性L12颗粒经过激活位错和变形孪晶阻挠了裂纹的快速衔接。

  图4力学功能。(a)均质、热挤压、冷轧和退火样品的工程应力-应变曲线。(b)典型的fcc结构CoCrFeMnNi(基)、FeCoNiCr(基)、CoCrNi(基)和FeCoNi(基)多主元合金的均匀伸长率和抗拉强度之间的联系，以及(c) 富含晶界富Cr σ相的合金。(d)维氏硬度。

  图6fcc与σ相以及fcc与L12相界面邻近区域的TEM特征。(a)没有退火孪晶的fcc/σ相和fcc/L12相区域的TEM图画；(b)图(a)中区域E1的扩大视图；(c)含有退火孪晶的fcc/σ相和fcc/L12相区域的TEM图画；(d)-(f)别离为区域E2、E3和E4的扩大TEM/HRTEM图画；(插图：用于辨认σ和L12相的图(a)和区域E2的TEM图画的EDS能谱；MG晶粒和L12晶粒的FFT图)。

  图7展现了退火样品开裂后L12和σ颗粒的TEM微观结构特征。包含：(a) L12和σ颗粒邻近的TEM图画(插图：EDS映射)；(b)图(a)中区域K1的HRTEM图画(插图：区域K11的FFT图画，用以承认L12相)；(c)图(b)中区域K11的IFFT图画；(d) L12内退火孪晶的HRTEM图画；(e)图(d)中区域K21的IFFT图画；(f) L12晶粒内变形孪晶的HRTEM图画；(g)图(f)中区域K31的FFT图画；(h)σ相(图(a)中区域K4)的HRTEM图画；(i)σ颗粒内的纳米裂纹。

  本项作业首要由山东大学宋凯凯教授课题组、南京理工大学寇宗德博士团队、西北工业大学刘峰教授团队、中科院金属所张哲峰教授团队以及奥地利科学院院士埃里希·施密德材料科学研讨所Jürgen Eckert教授团队协作完结，其间榜首作者为山东大学机电与信息工程学院硕士研讨生刘晓明。本项作业收到山东省自然科学基金项目和国家自然科学基金项目赞助。