屈服强度和加工硬化是金属结构材料的两个关键力学性能。然而，通过传统强化机制提高屈服强度通常会限制进一步的位错增殖和相互作用，从而显著降低加工硬化能力。这在材料设计中为实现这两种性能之间的最佳平衡带来了挑战。

中科院金属所张宏伟团队联合香港理工大学焦增宝团队报道了一种创新方法，可在一种异质结构、纳米析出强化合金中同时提高屈服强度和加工硬化能力。该合金展现出超过1.5 GPa的屈服强度和高达6 GPa的加工硬化率的优异组合，从而获得了高达2.2 GPa的显著抗拉强度和20%的均匀延伸率。其超高屈服强度主要归因于纳米析出相和超细晶粒的存在，而卓越的加工硬化则主要源于异质界面诱导的孪晶。

粗晶区与超细晶区之间的异质变形导致界面附近出现位错塞积和应变梯度，产生了激活机械孪晶所需的超高应力，从而大幅提升了合金的加工硬化能力和塑性变形稳定性。这种异质界面构筑策略有望广泛应用于多种合金体系，为设计具有卓越力学性能、适用于先进技术应用的新型材料提供了新思路。

该文章的共同第一作者为中国科学院金属研究所杨一童博士生、庞景宇副研究员，共同通讯作者为中国科学院金属研究所张宏伟研究员、王威研究员、香港理工大学焦增宝副教授，该工作以[Ultrahigh Strength and Exceptional Work Hardening in a Hierarchical-Structured Alloy via Hetero-Interface-Mediated Twinning]为题发表于Advanced Science。论文DOI：10.1002/advs.202509584

图1. 合金的层状异质结构（HHDP）显微组织：a EBSD反极图(IPF)显示了层状异质晶粒结构，包括粗晶粒和超细晶粒区域；b 粒度分布的直方图；c 粗晶和超细晶区域的HAADF STEM图像；d, e 粗晶区域的HAADF-STEM和HR-STEM图像，证明了FCC晶粒内相干L1₂纳米颗粒的均匀沉淀；f 超细晶区域的HAADF-STEM和EDS图像，显示了三种类型的超细晶粒：L1₂有序晶粒、包含L1₂纳米颗粒的FCC晶粒和没有析出相的FCC晶粒；g L1₂有序超细晶粒的HR-STEM图像，以晶界处无序的晶粒间纳米层为特征；h 包含L1₂纳米颗粒的超细FCC颗粒的HR-STEM图像；I HHDP合金独特微观结构的示意图

图2. HHDP合金的机械性能：a 室温下HHDP合金（红色）的拉伸应力-应变曲线，包括固溶态（蓝色）和常规固溶和时效（灰色）样品的曲线用于对比；b HHDP合金和参考合金的加工硬化速率曲线；c HHDP合金和其他高性能合金的抗拉强度与屈服强度之比与屈服强度的比较；d HHDP合金和文献中其他高性能合金的抗拉强度和均匀伸长率的乘积与抗拉强度的对比

图3. HHDP合金的微观变形机制：a, b 分别在3%和17%拉伸应变下变形样品的EBSD图像；c 在17%拉伸应变下的变形样品的TEM图像，显示了在粗晶和超细晶界面附近的应变梯度区(TW-SGZ) 中变形孪晶的形成；d, e HR-TEM 图像和来自形变孪晶的几何相分析（GPA）图；f 显示从ISF到ESF转变的HR-TEM图像；g HR-STEM图像说明了a/6<112>型滑移位错的相互作用，通过在（111）面上的连续滑移，触发了ESF的形成；h 随着应变增加显微结构演变的示意图