高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)又稱多主元素合金(multi-principal element alloys, MPEA)，因其具有無限的元素組合可能性、優(yōu)異的性能和廣闊的研究潛力而受到廣泛關(guān)注。然而，金屬材料的強(qiáng)度與延性通常是相互排斥的，強(qiáng)度與延性之間的權(quán)衡一直是研究的主要方向。通過調(diào)整熱機(jī)械加工(TMP)，可以調(diào)整合金的組織，使其具有間隙固溶強(qiáng)化、晶粒細(xì)化強(qiáng)化、析出相強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等。晶界特性和錯(cuò)取向角對(duì)晶界滑動(dòng)(GBS)行為有顯著影響，與低Σ重合位置點(diǎn)陣(CSL)晶界相比，隨機(jī)大角度晶界(RHAGBs)更容易吸收位錯(cuò)并驅(qū)動(dòng)晶界滑移。前人在研究HEA的高溫變形和斷裂時(shí)，很少考慮晶界結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的影響。來自中國Northeastern University的Z.Y. You等人研究了晶界工程(GBE)對(duì)亞穩(wěn)態(tài)Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀高熵合金(HEA)高溫性能的影響。對(duì)Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀進(jìn)行了熱機(jī)械加工(TMP)，其中然后在1173 K下熱處理10min的試樣作為基材(BM)。將BM樣品以10%的壓下率冷軋，然后在1023 K下在Ar氣氛中退火10min，然后水冷作為GBE樣品。圖1給出了BM和GBE樣品在1073K下的反極圖(IPF)圖、相圖、晶界特征分布(GBCD)和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線。如圖所示，大部分ε-馬氏體位于遠(yuǎn)離孿晶界的位置，而少量ε-馬氏體則在孿晶界形成。BM樣品中低?的CSL晶界所占比例約為48.0%。而GBE中低?晶界主要集中在細(xì)晶內(nèi)，約占66.4%，TMP提高了GBE樣品中奧氏體相的穩(wěn)定性。圖1d顯示了BM和GBE樣品在不同應(yīng)變率下的流動(dòng)應(yīng)力曲線，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的BM樣品加工方法相比，經(jīng)過GBE優(yōu)化后的HEA具有顯著的高溫力學(xué)性能。

  為了研究該合金的高溫變形機(jī)制，在應(yīng)變速率為10^-3 s^-1的條件下獲得了斷裂的BM和GBE樣品的透射電子顯微鏡圖像，如圖2所示。考慮到?jīng)]有形變孿晶，位錯(cuò)的發(fā)生、移動(dòng)和相互作用(圖2(a))被認(rèn)為是所研究合金高溫變形行為的基本機(jī)制。在RHAGB的界面上阻止了廣泛的位錯(cuò)滑移，導(dǎo)致沿晶界的局部應(yīng)力集中(圖2(a，b))，然而，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到孿晶界時(shí)，情況發(fā)生了變化，因?yàn)樵诼菸诲e(cuò)和邊界兩側(cè)的滑移面完全均衡的條件下，部分位錯(cuò)可以通過退火孿晶(AT)邊界，促進(jìn)位錯(cuò)的遷移(圖2(h))。圖3顯示了BM和GBE樣品在1073K變形后斷口附近表面的形態(tài)特征。觀察到在小孔洞附近很少觀察到低-ΣCSL晶界的存在，低-ΣCSL晶界比例的增加顯著延緩了空洞的形核和生長，使高溫應(yīng)變?cè)诤辖鹬械姆植几�加均勻，有效地延緩了斷裂的發(fā)生。綜上所述，通過探索GBE對(duì)TRIP-DP-HEA塊體的微觀結(jié)構(gòu)、高溫性能和強(qiáng)化機(jī)理的影響，提供了一個(gè)新的研究視角。這為提高具有室溫TRIP效應(yīng)但在高溫下TRIP效應(yīng)受到顯著抑制的合金的高溫性能提供了一條新的途徑。

圖1 BM和GBE樣品的：(a, b)反極圖(IPF)圖、(a', b')相圖、(a'', b'')晶界微觀結(jié)構(gòu)、(a"', b"')RHAGB 網(wǎng)絡(luò)圖；(c) BM (a, a') 和 GBE (b, b')樣品的X射線衍射圖案；(d) 1073 K下應(yīng)變速率為10^-2 s ^-1 和 10^-3 s ^-1時(shí)的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

圖2樣品在1073 K、10^-3 s ^-1應(yīng)變速率下拉伸斷裂后斷裂表面附近區(qū)域的TEM顯微圖：(a–d) BM，(e, f, h) GBE，(g) 沿[011]γ軸的HRTEM 圖像顯示了SF；變形期間微觀結(jié)構(gòu)演變的示意圖：（i）RHAGB，（j）AT邊界。

圖3 SEM顯微圖拉伸斷裂后的表面孔隙的分布：(a, c)BM，(b, d) GBE，在1073 K下應(yīng)變率：(a, b) 10^-2 s ^-1，(c, d)10^-3 s ^-1。(e, f) EBSD中BC +晶界的顯微結(jié)構(gòu)圖說明了空腔與晶界特征之間的關(guān)系。 (g h, i, j, K) BM和GBE試樣拉伸斷口的SEM形貌。