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背景简介

高熵合金，也称为多组分合金，作为一种新型合金，其具有高延展性、良好的超塑性行为以及优异的耐腐蚀性，但是其强度-延展性的平衡仍是一个重要问题。为了在强度和延展性之间实现良好的平衡，一种称为异质变形诱导强化的新策略被开发出来，构建异质微观结构的最常见方法之一是形变热处理，该方法可以产生独特的微观结构，包括未再结晶晶粒和再结晶晶粒。尽管异质微观结构对高熵合金力学性能的影响已被广泛研究，但关于这些复杂微观结构对高熵合金疲劳性能影响的研究非常有限。因此，本文主要研究形变热处理构建的异质微观结构对CoCrFeNiMn高熵合金低周疲劳（LCF）性能的影响。

成果介绍

（1）图1a显示了不同温度下试样在变形后退火（PDA）之后的真实应力与应变曲线。其力学性能，包括屈服强度（YS）、极限抗拉强度（UTS）和均匀延伸率，如图1b所示。结果表明，PDA促使强度和延展性实现了协同提升。为了研究退火试样在不同温度下的变形机理，不同试样的应变硬化率如图1c所示，该图呈现出两个阶段：在第一阶段，由于弹塑性转变，应变硬化率快速下降；在第二阶段，应变硬化率缓慢降低，这与变形诱导孪晶的形成有关。图1d为试样的Hollomon图，其中应变过程中变形孪晶的生成导致几乎所有试样都偏离了Hollomon方程，除了在650℃下退火的试样，因为该试样的主要变形机理为位错滑移。

图1 (a)真实应力-真实应变曲线；(b)力学性能，包括屈服强度（YS）、极限抗拉强度（UTS）和均匀延伸率；(c)应变硬化率/真实应力与真实应变关系图；(d)不同PDA条件下Ln σ与Ln ε关系图

（2）选择退火温度为650℃、700℃、1000℃的试样，在总应变幅Δε/2=0.4%和0.7%时进行LCF试验。图2显示了最大应力、总应变以及应力幅与失效周次的关系。在低应变幅 （0.4 %）下，异质微观结构的寿命超过了20000次。而在高应变幅（0.7 %）下，相较于异质或细晶微观结构，粗晶CoCrFeNiMn高熵合金性能更好。较高的应力幅和由于加速位错湮灭引起的循环软化是导致异质微观结构在高应变幅下LCF性能较差的原因。图3显示了在650℃和700℃下应变幅为0.7%时的试样疲劳断裂面，结果表明晶粒细化和异质微观结构对延缓裂纹扩展速率至关重要。

图2 退火试样在650℃、700℃、1000℃下的(a)循环应力响应(b)总应变(c)应力幅与2N_f（失效周次）的关系曲线

图3 在 (a, b) 650℃和(c, d) 700℃时应变幅为0.7%的LCF试验后，在距疲劳裂纹萌生位置处约1000 μm的退火试样的断裂表面

（3）图4显示了(a, b)650℃和(c, d)700℃退火试样在应变幅为(a, c)0.4%和(b, d)0.7%条件下，经过循环变形后的ECCI图像，以更深入了解循环变形对微观结构的影响。微观结构研究揭示了一种亚结构，如边界不清的壁和纹理，有限堆垛层的形成，以及在两种退火条件下细再结晶晶粒出现的交叉滑移和多重滑移。通过仔细观察图像，可以发现细晶粒中出现了变形孪晶。图5展示了1000℃退火试样在0.7%应变幅下LCF试验后的EBSD图像，包括IPF、IQ和KAM图，证实了粗晶粒微观结构中变形孪晶的形成。在细再结晶晶粒处变形孪晶被激活，且微观结构中存在非再结晶区域作为硬相，这些因素是CoCrFeNiMn高熵合金疲劳性能提高的主要原因。

图4 (a, b) 650℃和(c, d) 700℃退火试样在应变幅为(a, c) 0.4%和(b, d) 0.7%的LCF试验后的SEM-ECCI图

图5 1000℃退火试样在应变幅为0.7%的LCF试验后的(a) IPF (b) IQ和(c) KAM图，变形孪晶用箭头表示

致谢

本文第一作者、通讯作者：Hamed Shahmir (Department of Materials Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran)。

本期小编：姚辰霖（整理）

王永杰（校对）

程     航（审核）

王永杰（发布）