近日，北京理工大学材料学院薛云飞教授联合清华大学航天航空学院李晓雁教授等在金属材料领域顶级期刊《Acta Materialia》发表了题为“Dynamic deformation behaviors and mechanisms of CoCrFeNi high-entropy alloys”的研究论文。北京理工大学为第一完成单位，北京理工大学曹堂清博士和清华大学张倩博士为共同第一作者，薛云飞教授和李晓雁教授为论文共同通讯作者。

这一研究工作揭示了FCC高熵合金在动态载荷下的塑性变形机制及其随应变率的演化规律，将为具有优异动态力学性能的高熵合金的设计和应用提供指导。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645423006730

（DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119343）

研究团队通过准静态和动态力学测试，研究了面心立方（FCC）结构CoCrFeNi高熵合金在跨越八个量级应变率（5.0×10?5 /s-6.5×103 /s）范围下的力学行为。研究发现：①相比传统FCC金属，高熵合金展示了更为显著的应变率强化效应；②应变率敏感系数转变所对应的临界应变率明显低于传统FCC金属。围绕这些发现，研究团队结合实验表征和大规模分子动力学模拟，探究了典型FCC相高熵合金动态力学响应的微观机理。

研究表明，FCC高熵合金显著的应变率效应主要与高熵合金连续晶格畸变效应相关。一方面，高熵合金中位错运动的阻力主要是这种连续晶格畸变带来的短程应力场，其作用范围只在几十个原子内，所以这种阻力强烈受热激活的影响，即表现出明显的率相关性；另一方面，连续晶格畸变带来的高声子拖曳作用，导致高熵合金在高应变率变形时更早接近位错速度上限，迫使位错快速增殖导致应变率敏感系数突增现象向低应变率偏移；FCC高熵合金显著的应变率强化作用且更低应变率下就能发生突增的特点，使其高应变率加载时更容易达到孪晶激活应力阈值，诱发大量形变纳米孪晶，产生动态霍尔-佩奇效应，导致加工硬化能力的显著提升。

图1.（a-b）CoCrFeNi高熵合金应变率强化作用在高应变率下发生量级上的突变；（c-d）高应变率下位错快速增值，且在屈服附近发生突增

图2. 动态加载下CoCrFeNi高熵合金形变孪晶发生更早，形成更多，甚至形成二次孪晶：（a）4500s-1应变率下的变形组织；（b）10-3s-1应变率下的变形组织；（c）取相差分布统计，表明动态下孪晶含量更高

图3 CoCrFeNi HEA的应变率为28.8%，应变率为4.5×103 s - 1。(a, b)变形HEA中的双束。(b)中的插图显示了孪晶结构的选定区域电子衍射图。

图4 CoCrFeNi HEA在真应变下的平均取向偏差(KAM)图在不同应变速率下为16.2%。(a)应变速率为1×10-3 s-1时CoCrFeNi HEA的KAM图。(b)应变速率为4.5x103 s-1时CoCrFeNi HEA的KAM图。高角度晶界用黑线表示。

图5 在应变速率为8×109 s-1的形变试样中形成层次孪晶。(a)晶界位错发射。(b-c)初生孪晶的形核和生长(T1)。(d-e)次生孪晶的形核和生长(T2)。(f)初级和次级孪晶之间的相互作用。白色和黄色分别代表主孪晶和次孪晶。