具有面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)的單相高、中熵合金，通常具有較高的拉伸延展性和優(yōu)異的柔韌性，但它們的室溫強度較低。晶界、孿晶界、溶質(zhì)原子和析出相等位錯障礙可以提高合金強度。然而，除了少數(shù)例外，這些障礙往往會降低其延展性。

在此，來自美國田納西州橡樹嶺橡樹嶺國家實驗室的Ying Yang &Easo P. George等研究者展示了一個策略，利用Fe-Ni-Al-Ti中熵合金的析出強化，將這些雙重功能結(jié)合在了單一合金中。相關(guān)論文以題為“Bifunctional nanoprecipitates strengthen and ductilize a medium-entropy alloy”于2021年07月07日發(fā)表在Nature上。

同時，我們發(fā)現(xiàn)，距離上一篇發(fā)表在正刊上的有關(guān)中高熵合金文章，僅僅才過去69天(上一篇也是發(fā)表在Nature上，來自于4月29日中國科學院力學研究所的首篇Nature！)

在此，研究者合金中的納米析出相，除了能提供傳統(tǒng)的基體強化之外，還可以調(diào)節(jié)其從fcc-奧氏體到體心立方(bcc)馬氏體的轉(zhuǎn)變，通過轉(zhuǎn)變溫度淬火后限制其維持亞穩(wěn)態(tài)fcc。在隨后的拉伸測試中，基體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閎cc-馬氏體，使強度、加工硬化和延展性大幅度提高。這種納米析出相的使用，利用了析出強化和相變誘導塑性之間的協(xié)同效應，從而同時提高了拉伸強度和均勻延伸率。

研究結(jié)果表明，協(xié)同變形機制可以通過改變析出相特征(如尺寸、間距等)，以及相變的化學驅(qū)動力，在需要時被有意激活，從而優(yōu)化強度和延性。

圖1. FNAT-m-47h和FNAT-47h合金的組織和拉伸性能

研究者策略的基本概念可以用兩種假設(shè)的合金來說明。合金Α1在高溫下為單相fcc(奧氏體)，如圖1a。它的組成是這樣的，當淬火到室溫時，它應該發(fā)生bcc-馬氏體的轉(zhuǎn)變，得到圖1b。合金Α2在高溫下具有兩相組織(圖1c)，由分布在fcc-奧氏體基體中的析出相組成，其成分與Α1相同。因此，在沒有析出相的情況下，A2基體在淬火時也應發(fā)生bcc-馬氏體的轉(zhuǎn)變。然而，由于析出相的空間限制，研究者預計其馬氏體相變將被抑制，從而形成亞穩(wěn)的fcc-奧氏體基體，如圖1d。

圖2. FNAT-47h和FNAT-4h合金的顯微組織分析

圖3. FNAT合金的室溫力學性能和變形機理

圖4. 當前MEAs (FNAT-47h、FNAT-8h和FNAT-4h)與其他HEAs和鋼在室溫下的均勻延伸率和極限抗拉強度的比較

FNAT-47h的馬氏體相變，產(chǎn)生一定程度的加工硬化(σ_UTS(1,830 MPa) – σ_y(868 MPa) = 962 MPa)，是(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇合金(σ_UTS(1,468 MPa) – σ_y(1,028 MPa) = 440 MPa的兩倍。因此，研究者的FNAT合金，在一個簡單的Fe-Ni基體中只有大約24-26 vol%的納米析出相，與(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇合金相比，(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇合金在更濃的FeCoNi基體中有超過兩倍(~55 vol%)的納米析出相，其(47 h退火)或(4 h退火)的極限強度均可提高25%。

值得注意的是，研究者在此利用析出相的特征(尺寸和間距)來控制空間約束，進而控制常規(guī)強化、馬氏體相變和相變誘導塑性，這與之前的研究不同，在之前的研究中，析出相常被用來改變基體成分(從而改變M_s溫度或?qū)渝e能)。該研究結(jié)果在不改變合金成分的情況下，通過調(diào)整雙功能析出相的特征(尺寸、間距)，為優(yōu)化不同變形機制的順序激活提供了新途徑。