近日，我院徐先东-陈江华教授团队基于共晶多组元合金中的退火诱导硬化现象及其机理研究，以“Mechanistic origin of abnormal annealing-induced hardening in an AlCoCrFeNi2.1 eutectic multi-principal-element alloy”(DOI：10.1016/j.actamat.2023.118905)为题，在金属材料顶级期刊Acta Materialia上发表最新研究成果。
铸造共晶多组元合金具有独特的双相组织和较低的相界面能，可以实现强塑性的优良匹配；同时，还具有较低的熔点、较好的铸造性能和优异的高温组织稳定性，使其在低熔点焊料、低温和高温结构材料等领域具有广泛的应用前景。然而，铸态共晶多组元合金的强度普遍较低，变形过程中硬相界面可作为裂纹源使合金过早失效，从而导致伸长率较低。因此，如何提升铸态共晶多组元合金的强度，实现强塑性的优良匹配一直是科研工作者们亟待克服的难题。
退火硬化现象是冷加工固溶体合金中常见的现象，是强化金属材料的有效手段。退火硬化来源于冷变形产生的位错结构，比如位错锁，位错胞和纳米孪晶等，而且，冷变形是固溶体合金中退火硬化的前提，没有冷变形则观察不到退火硬化行为。然而，研究发现铸态的AlCoCrFeNi2.1共晶多组元合金经过低温热处理也表现出了退火硬化行为，为了揭示AlCoCrFeNi2.1共晶多组元合金中这种反常的退火诱导硬化机制，借助XRD、SEM、TEM和STEM等表征技术从多尺度表征了共晶合金在退火过程中微观组织的演变，并通过纳米压痕实验分别研究了FCC和B2两相在退火过程中微观力学性能的变化。
研究结果表明：铸态AlCoCrFeNi2.1共晶多组元合金的两相界面具有较好的高温热稳定性，当退火温度低于700 ℃时，FCC和B2两相片层组织形貌和面积分数没有发生明显变化；纳米压痕实验表明FCC和B2两相均随着退火温度的升高而硬化，但只有FCC相的硬化行为与宏观力学性能的变化趋势相似，因此，共晶合金中的退火诱导硬化行为主要与FCC硬化有关；随着退火温度的增加，L12相的体积分数先升高后降低，与FCC相的硬化行为相似，这解释了FCC相低温硬化和高温软化；而BCC析出相体积分数持续增加，这解释了B2相的硬化行为。该工作对进一步理解共晶多组元合金的结构和设计高强度共晶结构材料具有借鉴意义。
图1 铸态和退火态共晶多组元合金微观结构表征
（a）XRD图；（b）两相的晶格常数；（c）BSE-SEM图
图2 纳米析出相的空间演变与退火硬化行为之间的关系
湖南大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位，博士研究生程清为论文第一作者，徐先东和陈江华教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、北京科技大学新金属材料国家重点实验室开放基金资助项目等的支持。
