近年来，多组元中/高合金的出现开创了合金材料设计的新理念，并具有突破传统材料诸多性能极限的潜能，使其在极端环境中应用极具前景。在这些材料中，面心立方(FCC)的HEAs/MEAs在低温下表现出优异的力学性能，这与层错、变形孪晶和/或变形诱导马氏体转变(DIMT)机制的激活密切相关。特别是，通过成分和变形温度控制相稳定性的“亚稳工程”策略已广泛应用于开发高性能HEAs/MEAs，其中Fe基亚稳高熵合金在这方面呈现出极大的潜力。

近日，浦项科技大学高熵合金研究中心的Hyoung Seop Kim教授报道一种了双相Co17.5Cr12.5Fe55Ni10Mo5（Mo5）中熵合金在室温至0.5K的宽温域内的力学性能和变形诱导的组织演变，该合金表现出优异的强度和塑性，并具有较高的应变硬化能力，其屈服强度、抗拉强度、应变硬化能力和吸收功等性能均优于大多数低温合金和HEAs。这是首次在如此低的温度下对其力学行为和变形进行的研究，这推动的人们对高熵合金低温力学行为的进一步认识。相关成果以“Deformation behavior of a Co-Cr-Fe-Ni-Mo medium-entropy alloy at extremely low temperatures”为题发表在材料领域权威期刊Materials today（https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.08.001）上。

该工作系统研究了Mo5合金在极低变形温度(0.5 K)下的力学性能和微观组织演变。基于材料在变形温度下的热-力学耦合假设，阐明了马氏体分数的变化的异常和位错密度的非单调变化等不寻常的特征，以及相关异常力学行为，研究表明：

1)Mo5中熵合金在液氮和液氦温度下表现出优异的力学性能。在屈服强度、极限抗拉强度、应变硬化能力和吸收功方面，其性能均优于大多数合金和低温应用的HEAs。

2)Mo5合金具有优异的低温力学性能，包括高屈服强度(1075MPa)和良好的应变硬化能力，在4.2K时，抗拉强度高达1651MPa，这主要是由于FCC向BCC和HCP相的转变（变形诱发马氏体）。

3)首次在0.5K的低温条件下研究了双相MEA的力学性能, 该合金在这个温度下的性能与液氦温度下相当。

4)在4.2K以下的温度范围内发现了四种特征现象，即非连续塑性变形、屈服强度、塑性和变形诱发马氏体相变的异常温度依赖性。在大致相同的温度范围内，这些效应之间的相互关系不是偶然的，而是由共同的物理机制所控制的。

5)我们假设异常的屈服强度和不连续塑性流动是位错运动惯性机制的结果。通过考虑变形绝热加热，阐明了局部温升对Mo5中变形诱发马氏体相变和位错密度演化的影响。在DPF体系中，温度的升高和应力的降低改变了FCC和BCC相之间吉布斯自由能的差异，因此，大量激活的位错从由螺位错向刃位错的转变(在0.5-4.2 K的温度范围内)抑制了材料通过交滑移进行动态恢复的能力。

6)从断裂机理上解释了塑性异常，即4.2K和2.1K下的剪切带导致应变局部化和后续灾难性断裂。在77K和0.5K条件下，变形马氏体有效地缓解了应变局部化导致更高的延性。

图1. （a-c）Mo5中熵合金初始组织；（d-g）Mo5合金在室温到0.5K低温下的力学性能

图2. Mo5合金低温变形后的EBSD相图

图3. Mo5合金在4.2 K下变形的TEM图像，出现大量的变形诱导马氏体。

图4. BCC相分数和位错密度随真应变和温度的变化。

图5. TEM双束成像技术分析Mo5合金在4.2K变形后的位错特征

图6. Mo5合金的热力学计算结果和主要的温度依赖性机制示意图。

图7. Mo合金在不同温度下与报道高熵合金和传统低温合金性能对比图