梯度高熵合金塑性变形时的应变非局域化

  研究结果表明，经LSP处理后，CrFeCoNiMn_0.75Cu_0.25 HEA样品屈服强度显著提升的同时依然保持优越的塑性。特别地，经过四次LSP的HEA试样的屈服强度约为铸态合金的2倍，这归因于其表面形成的由亚晶粒、致密位错和纳米孪晶组成的梯度结构。原位DIC测试结果表明，4次强化后梯度结构高熵合金表层产生了致密剪切带，而未出现应变集中。剪切带为细晶区局域应变的主要载体，随着外加载荷的增加其局域应变的强度增加，而芯部粗晶则抑制了剪切带的扩展(剪切带宽度并未随外加载荷而增加)，为合金提供了良好的塑性变形能力。梯度结构高熵合金的应变非局域化延缓了细晶结构的过早失效，使其塑性更为优异。

图1. (a) 铸态和激光冲击强化后HEAs的工程应力-应变曲线及(b)应变硬化速率曲线

图2. (a) 4次LSP处理后的CrMnFeCoNiMn_0.75Cu_0.25 HEA截面(YOZ面)的EBSD图谱；(b、c、d) 不同区域内的晶粒尺寸统计图以及 (e、f、g) 取向差角统计图

图3.不同拉伸应变下(a)铸态、(b) 1-LSP和(c) 4-LSP处理的HEA试样表面ε_x, ε_y方向的局部应变分布图谱

图4. 4次LSP后的高熵合金试样在不同拉伸应变后不同深度层下的微观组织结构 (a)、(c) 应变达~ 2%和(b)、(d)应变达~15%

图5.1-LSP和4-LSP处理后HEA的背应力:(a) 1-LSP和4-LSP处理后HEA的循环加载-卸载的真应力-应变曲线；(b) 4-LSP处理后HEA循环加载曲线中放大后的迟滞回线，图中σ_u0

定义为初始卸载应力、σ_u为卸载屈服、σ_r为加载屈服、σ_b为背应力、σ_f为摩擦应力、Eu为有效卸载时的杨氏模量、Er为有效加载时的杨氏模量。(c)不同真应变下1-LSP和4-LSP处理后HEAs的背应力

  此外，在塑性变形阶段，合金硬化层中的细晶在失稳前产生了侧向局部应力分量。多向的局部应力状态激活了合金内部更多的滑移系统，提高了梯度结构HEAs的力学性能。透射电镜观察及循环加载结果表明，梯度结构在变形过程中高的背应力强化使得该结构的高熵合金材料具有优异的应变硬化能力和强塑性结合。