导读：本文使用一种模型用于沉淀强化的 Fe-Ni-Al-Ti 中熵合金，展示了一种将这些双重功能结合在单一合金中的策略。合金中的纳米沉淀物，除了提供基体的常规强化外，还调节其从面心立方奥氏体到体心立方 (bcc) 马氏体的转变，限制其在通过转变温度淬火后保持亚稳态面心立方。在随后的拉伸试验中，基体逐渐转变为体心立方马氏体，从而显著提高强度、加工硬化和延展性。这种纳米沉淀物的使用利用了沉淀强化和相变诱导塑性之间的协同作用，从而同时提高了拉伸强度和均匀伸长率。

具有面心立方 (fcc) 结构的单相高和中熵合金可以表现出高拉伸延展性和优异的韧性，但它们的室温强度较低。位错障碍如晶界、孪晶界、溶质原子和沉淀物可以增加强度。然而，这样的障碍往往会降低延展性。有趣的是，沉淀物也会阻碍相变。

美国橡树岭国家实验室的Ying Yang和Easo P. George（共同通讯作者）等人以沉积强化的铁-镍-铝-钛（FNAT）中熵合金作为模型材料，阐释了一种可在单一合金中整合双功能的策略。这一利用纳米沉积物的策略探索了沉积强化和转变诱导塑性之间的协同作用，可造成拉伸强度和均匀延伸的同时改善。相关成果以题为“Bifunctional nanoprecipitates strengthen and ductilize a medium-entropy alloy”的文章于2021年07月07日在线发表在Nature上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03607-y

该策略背后的概念可以用两种假设的合金来说明。合金 Α1 在升高的温度下是单相 fcc（奥氏体），图1a。它的成分是这样的，当淬火到室温时，它应该会转变为体心立方马氏体，图1b。合金 Α2 在高温下具有两相微观结构，图1c，包括分布在 fcc-奥氏体基体中的析出物，其组成与 A1 相同。因此，在没有析出物的情况下，A2 基体在淬火时也应转变为体心立方马氏体。然而，由于析出物的空间限制，我们预计其马氏体转变将被抑制，从而产生亚稳态 fcc-奥氏体的基体

图 1：FNAT-m-47h 和 FNAT-47h 合金的显微组织和拉伸性能。a – d , 示意图显示高温下无沉淀的奥氏体 (A1; a ); 淬火至室温后转变马氏体（A1；b）；奥氏体+高温下的沉淀物（A2；c）；淬火至室温后残留奥氏体和沉淀物（A2；d）。e，EBSD 图像质量和相图显示水淬后 FNAT-m-47h 的完全马氏体结构。f，散射强度与反向波长的 SANS 图显示在 FNAT-m-47h 中没有纳米沉淀的证据；误差棒代表 1 个标准偏差。G，EBSD 图像质量和相位图显示水淬后 FNAT-47h 中的等轴 fcc（红色）和透镜状 bcc（绿色）区域。h，SANS 图显示了对应于 FNAT-47h 中纳米沉淀物的驼峰；误差棒代表 1 个标准偏差。i，在室温下进行拉伸试验的淬火态 FNAT-m-47h 和 FNAT-47h 合金的工程应力-应变曲线示例；ΔUTS、ΔUE 和ΔYS 分别代表极限拉伸强度（UTS）、均匀伸长率（UE）和屈服强度（YS）的增加。

图 2：FNAT-47h 和 FNAT-4h 合金的微观结构分析a、b、APT 来自 FNAT-47h 的 fcc 晶粒，显示了fcc 基质中 L1 2沉淀物的分布和组成。c，FNAT-47h的高分辨率中子衍射图。黑色十字表示观察结果，红线表示通过 Rietveld 细化计算得出的拟合。d – f，FNAT-47h 的 TEM 结果。d，SAED 图案，其中橙色虚线和圆圈表示[110] 区域中的fcc 和 L1 2斑点，白色虚线连接 [100] 区域中的 bcc 斑点。e，STEM-HAADF 图像显示嵌入在 fcc 基质中的 L1 2沉淀。F, e 的傅立叶滤波图像显示 L1 2（绿色）、fcc（蓝色）和 bcc（红色）区域。g , h , FNAT-4h 的 APT 结果显示了 fcc 基质中 L1 2沉淀的分布和组成。i，FNAT-4h 的高分辨率中子衍射图。黑色十字表示观察结果，红线表示通过 Rietveld 细化计算得出的拟合。j , k , FNAT-4h 的 TEM 结果。j，带有红色虚线和圆圈的 SAED 图案表示[110] 区域中的fcc 和 L1 2点。k , STEM-HAADF 图像显示 L1 2 沉淀嵌入 fcc 基质中。

值得注意的是，我们在本研究中使用的沉淀物的特性（尺寸和间隔），以控制空间限制，并反过来，常规强化，马氏体相变，并且相变诱发塑性，其不同于先前的工作，其中沉淀是用于改变基体组成（因此Mfs温度或堆垛层错能）。我们的研究结果阐明了通过在不改变合金成分的情况下调整双功能沉淀物的特性（尺寸、间距）来优化不同变形机制的顺序激活的新途径。

图 3：FNAT 合金的室温机械性能和变形机制。a，在 700 °C 下退火 47 小时（红色）、8 小时（黑色）和 4 小时（蓝色）的 FNAT 的工程应力-应变曲线。b，FNAT-47h 和 FNAT-4h 的真实应力-应变曲线。c，FNAT-47h 和 FNAT-4h 的加工硬化率与真实应变的关系。d，来自 FNAT-47h 拉伸测试样品的中子衍射图在 0%（“初始”）、2% 和 8% 的真实应变下中断。e，来自 FNAT-4h 拉伸测试样品的中子衍射图在 0%（“初始”）、5% 和 23% 的真实应变下中断。

图 4：当前 MEA（FNAT-47h、FNAT-8h 和 FNAT-4h）与其他 HEA 和钢在室温下的均匀伸长率与极限拉伸强度的比较。

我们还可以修改基体的组成来改变马氏体形成的化学驱动力和析出物的体积分数，从而改变对强度和相变的空间限制效应。我们希望这里展示的策略适用于与 FNAT 具有共同特征的其他系统（传统合金和 HEAs），特别是在相变基质中形成纳米沉淀的能力。