借鉴自然设计多尺度异质结构为金属和合金实现优异的强度-延展性协同效应提供了一种有前景的策略。实现这一目标通常需要复杂的多步骤热机械加工，但对于铸造合金而不是锻造合金来说，这仍然是一个挑战。
日前，山东大学、中科院金属所等单位联合开发了一种Cr30Fe30Ni30Al5Ti5（at.%）铸造多主元素合金（MPEA），在铸态条件下，该合金表现出包括多尺度的沉淀物的分层异质结构。微尺度体心立方（BCC）晶粒分散在连续的面心立方（FCC）结构框架中。共格的L12纳米粒子在FCC基质中形成，而具有多尺度尺寸（即η、B2和η/L21相）的大量纳米粒子在BCC晶粒内沉淀。位错和多尺度沉淀物之间的协同相互作用导致了大量位错网络和层错，从而产生了稳定的应变硬化行为，使合金具有强度和延展性的特殊组合，而不需要均匀化和复杂的加工。研究认为，这代表着超越已知铸造MPEA的突破，并为开发新的高性能铸造合金提供了启示。
相关成果以“Exceptional strength-ductility synergy in a casting multi-principal element alloy with a hierarchically heterogeneous structure”为题刊登在Materials Today上。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.10.009
图1. Cr₃₀Fe₃₀Ni₃₀Al₅Ti₅铸造MPEA的成分设计和相分析。
图2. Cr₃₀Fe₃₀Ni₃₀Al₅Ti₅铸造MPEA的分层异质结构。
图3. 合金拉伸性能与其他合金的比较。
图4. Cr₃₀Fe₃₀Ni₃₀Al₅Ti₅铸造MPEA断口形貌及多尺度结构。
图5. 铸造MPEA中分级异质结构的演变及其力学作用的示意图。
总之，本研究设计并制造了一种多组分Cr30Fe30Ni30Al5Ti5铸造MPEA，其具有有意定制的分层异质结构，涉及微米至纳米级沉淀物。这种结构赋予了MPEA在铸态下优异的机械性能，即使经过复杂的热机械处理和其他铸造MPEA处理，其强度-延展性组合也超过了其他多组分CrFeNi合金。
来自微信公众号“材料科学与工程”。