导读：与均质结构材料相比，异质结构材料表现出前所未有的性能。在目前的工作中，通过机械铣削（MM）和放电等离子烧结（SPS）工艺制备了一系列具有不同壳分数的谐波结构CoCrFeMnNi高熵合金（HEA ），壳层分数在 20% 和 40% 之间的谐波结构 HEA 表现出优异的强度-延展性协同作用和良好的低周疲劳抗性。LCF过程中，位错的发展和重排主要发生在粗晶区（核），而超细晶区（壳）表现出良好的循环稳定性。增强的应变硬化导致谐波结构 HEA中高强度和高延展性的良好平衡。此外，增强的延展性也抑制了 LCF 失效。

高熵合金 (HEAs) 因其优异的机械性能、优异的抗氧化和耐腐蚀性能等前所未有的性能而引起了人们的关注 。CoCrFeMnNi HEA 具有面心立方 (FCC) 晶体结构，在低温下表现出良好的拉伸性能和断裂韧性。然而，传统的粗晶 (CG) CoCrFeMnNi HEAs 在室温下的强度相对较低。因此，已经提出了剧烈塑性变形 (SPD) 和热机械工艺来生产具有高强度和高硬度的超细晶粒 (UFG) 或纳米晶粒 (NG) HEA  。不可避免地，延展性随着强度的增加而恶化。

如今，异质结构设计已被提出以实现优异的机械性能，即高强度、高延展性以及良好的抗疲劳性 的组合。卢等人研究了梯度纳米晶粒结构 (GNS) 材料的机械性能和疲劳性能。宏观应变梯度会引起额外的应变硬化，从而实现强度和延展性的良好平衡。值得注意的是，GNS材料具有更好的HCF和LCF电阻比 CG 材料。出乎意料地增强的 LCF 疲劳抗力归因于受限的应变局部化和损伤累积。在异质层状 (HL) 材料中也实现了卓越的强度-延展性协同作用。分层结构可以释放应变局部化，从而提高 HCF 抗性。此外，谐波结构是典型的异质结构之一，其中CG结构（核）嵌入由三维UFG网络结构（壳）组成的基体中。与传统的CG和UFG分布不规则的双峰结构相比，谐波结构在宏观上具有规则的网络UFG结构。

天津大学张喆教授团队通过机械研磨和SPS工艺制备了一系列具有不同壳分数的谐波结构CoCrFeMnNi HEA 。由于增强的应变硬化，壳分数在 20% 到 40% 之间的谐波结构 HEA 表现出高强度、高延展性和良好LCF。LCF过程中局部塑性变形主要发生在相对较软的核心区域，这促进了位错的产生和重排，导致初始循环硬化和随后的循环软化。同时，壳区表现出良好的循环稳定性。此外，增强的延展性和稳定的能量分散保持了 LCF 阻力。总体而言，谐波结构设计是在 CoCrFeMnNi HEA 中实现强度-延展性和抗 LCF 的优异协同作用的有效方法。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646222000914

图1（k，l）中具有不同壳分数的谐波结构CoCrFeMnNi HEA的拉伸性能。谐波结构 CoCrFeMnNi HEA 的典型工程应力-应变曲线如图 1（k）所示。此外，机械性能对壳分数的依赖性总结在图 S4 中。正如预期的那样，强度随着壳分数的增加而显著增加。图 2显示了在相同应变幅（Δ ε /2 = 0.5%）下壳分数对LCF性能的影响。具有不同壳分数的样品的典型循环响应如图2所示（一种）。值得注意的是，CG 和谐波结构样品在最初的 10 个循环中都表现出初始循环硬化，并且进一步的循环加载会产生连续的循环软化。在疲劳失效之前没有出现明显的二次循环硬化。为了揭示谐波结构 CoCrFeMnNi HEA的循环变形机制，通过 TEM 研究了 CG 样品和壳分数为 38.2% 的谐波结构样品的微观结构演变。图 3显示了LCF过程中晶粒结构和位错的形态。图 3 (ac) 分别显示了 CG 样品在疲劳前、疲劳 10 次循环和大约N f /2 次循环时位错的演变。一些位错保留在烧结的 CG 样品中。位错在初始阶段迅速发展，导致初始循环硬化（见图3(b))。

图 1。烧结CoCrFeMnNi HEAs的显微组织和拉伸性能：(a, f) IP, S f  = 0%; (b, g) MM40h, S f  = 20.3%; (c, h) MM60h S f  = 31.4%；(d, i) MM80h S f  = 38.2%；(e, j) MM100h S f  = 46.8%。(ae) OM 图像，(fj) EBSD IPF 图像覆盖高角度边界；(k) 代表性工程拉伸应力-应变曲线；(l)应变硬化率的变化。CG - 粗粒度样品，HS - 谐波结构样品，d核/ d壳- 平均核和壳区域的晶粒尺寸，S f - 壳区域的分数。

图 2。在 Δ ε /2 = 0.5%下具有不同壳分数的谐波结构 CoCrFeMnNi HEA 的 LCF 性能：( a) 代表性循环应力响应；(b) 壳分数对循环硬化应力和软化应力的影响；(c) 半衰期磁滞回线；(d) 循环塑性应变响应；(e)疲劳寿命与外壳分数的变化。（ f ）滞后环面积与壳分数的变化。CG – 粗粒样品，HS - 谐波结构样品， d核/ d壳- 核和壳区域的平均晶粒尺寸，Sf - 壳面积的分数。

图 3。（ac）CG样品，（df）核心区域和（gi）谐波结构样品（S f  = 38.2％）循环变形前后的微观结构演变。

谐波结构 CoCrFeMnNi HEAs的LCF失效机理如图 4所示。可以观察到，在LCF过程中，CG样品表面会出现大量滑移线和滑移带（见图4（a，b））。沿滑移带的挤压/侵入会产生缺陷，从而导致局部应力集中和裂纹萌生。相比之下，图 4(ce) 显示了壳分数为 46.8% 的谐波结构样品中典型的疲劳裂纹萌生，其中核/壳边界由白点线表示。

图 4。LCF测试后（a，b）CG样品和（ce）谐波结构样品（S f  = 46.8％）的表面形态；(f) 谐波结构 CoCrFeMnNi HEA 的疲劳裂纹萌生示意图