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第一作者：Bowen Xu

通訊作者：武曉雷

通訊單位：中國科學(xué)院力學(xué)研究所

論文速覽：

本研究針對傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)材料中強度-塑性平衡問題，特別是在超高屈服強度下塑性幾乎完全消失的挑戰(zhàn)，提出了一種新的工作硬化方法。

通過在VCoNi多主元合金中利用Lüders帶（LB）誘導(dǎo)的局部頸縮來促進(jìn)位錯的快速增殖，實現(xiàn)了森林位錯硬化和與局部化學(xué)有序區(qū)域（LCO）相互作用的額外工作硬化。

這種雙重工作硬化作用不僅抑制了過早的頸縮，而且促進(jìn)了均勻變形，實現(xiàn)了在室溫和低溫變形下約20%的延展性和2 GPa的屈服強度。這些發(fā)現(xiàn)為在超高屈服強度下克服強度-塑性悖論提供了一種新的不穩(wěn)定性控制范式。

圖文導(dǎo)讀：

圖1：展示了VCoNi多主元合金的微觀結(jié)構(gòu)，包括面心立方（fcc）結(jié)構(gòu)的超細(xì)晶粒、有序L12金屬間化合物板和局部化學(xué)有序區(qū)域。通過透射電子顯微鏡（TEM）圖像、高角環(huán)形暗場（HAADF）圖像和原子尺度幾何相位分析（GPA）映射，揭示了合金的微觀結(jié)構(gòu)特征。

圖2：展示了VCoNi合金在室溫和低溫下的力學(xué)性能，包括工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和屈服強度與延展性的平衡。這些數(shù)據(jù)表明，VCoNi合金在保持高屈服強度的同時，實現(xiàn)了優(yōu)異的延展性。

圖3：分析了在Lüders帶前過早頸縮的局部側(cè)向收縮率、三軸應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變梯度和位錯密度的變化。這些結(jié)果揭示了在LB傳播期間位錯的快速增殖和工作硬化的誘導(dǎo)。

圖4：通過透射電子顯微鏡觀察了fcc晶粒和L12中的位錯行為，展示了位錯的產(chǎn)生、增殖和與LCO區(qū)域的相互作用。

圖5：展示了工作硬化過程中微硬度增量、真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線、機械滯回環(huán)和HDI應(yīng)力與全局流應(yīng)力及工作硬化率的關(guān)系。這些結(jié)果表明，幾何必要位錯（GND）和HDI應(yīng)力對均勻變形期間的全局流應(yīng)力和工作硬化起到了關(guān)鍵作用。

圖6：通過不同微結(jié)構(gòu)的VCoNi合金的屈服強度和延展性數(shù)據(jù)，展示了通過控制過早頸縮來實現(xiàn)強度-塑性平衡的工作硬化效應(yīng)。

總結(jié)展望：

本研究通過在VCoNi多主元合金中利用Lüders帶誘導(dǎo)的局部頸縮，實現(xiàn)了位錯的快速增殖和雙重工作硬化，從而在超高屈服強度下獲得了優(yōu)異的延展性。這一發(fā)現(xiàn)不僅為解決金屬結(jié)構(gòu)材料中的強度-塑性權(quán)衡問題提供了新的策略，也為設(shè)計和開發(fā)具有優(yōu)異力學(xué)性能的新型合金材料提供了重要的理論依據(jù)。通過這種方法，可以在保持材料高強度的同時，顯著提高其塑性，為先進(jìn)高強金屬材料的發(fā)展開辟了新的可能性。

文獻(xiàn)信息：

標(biāo)題：Harnessing instability for work hardening in multi-principal element alloys

期刊：Nature Materials

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