中科院力学所武晓雷，今日重磅Nature Materials！

第一作者：Bowen Xu

通讯作者：武晓雷

通讯单位：中国科学院力学研究所

论文速览：

本研究针对传统金属结构材料中强度-塑性平衡问题，特别是在超高屈服强度下塑性几乎完全消失的挑战，提出了一种新的工作硬化方法。

通过在VCoNi多主元合金中利用Lüders带（LB）诱导的局部颈缩来促进位错的快速增殖，实现了森林位错硬化和与局部化学有序区域（LCO）相互作用的额外工作硬化。

这种双重工作硬化作用不仅抑制了过早的颈缩，而且促进了均匀变形，实现了在室温和低温变形下约20%的延展性和2 GPa的屈服强度。这些发现为在超高屈服强度下克服强度-塑性悖论提供了一种新的不稳定性控制范式。

图文导读：

图1：展示了VCoNi多主元合金的微观结构，包括面心立方（fcc）结构的超细晶粒、有序L12金属间化合物板和局部化学有序区域。通过透射电子显微镜（TEM）图像、高角环形暗场（HAADF）图像和原子尺度几何相位分析（GPA）映射，揭示了合金的微观结构特征。

图2：展示了VCoNi合金在室温和低温下的力学性能，包括工程应力-应变曲线和屈服强度与延展性的平衡。这些数据表明，VCoNi合金在保持高屈服强度的同时，实现了优异的延展性。

图3：分析了在Lüders带前过早颈缩的局部侧向收缩率、三轴应力状态、应变梯度和位错密度的变化。这些结果揭示了在LB传播期间位错的快速增殖和工作硬化的诱导。

图4：通过透射电子显微镜观察了fcc晶粒和L12中的位错行为，展示了位错的产生、增殖和与LCO区域的相互作用。

图5：展示了工作硬化过程中微硬度增量、真实应力-应变曲线、机械滞回环和HDI应力与全局流应力及工作硬化率的关系。这些结果表明，几何必要位错（GND）和HDI应力对均匀变形期间的全局流应力和工作硬化起到了关键作用。

图6：通过不同微结构的VCoNi合金的屈服强度和延展性数据，展示了通过控制过早颈缩来实现强度-塑性平衡的工作硬化效应。

总结展望：

本研究通过在VCoNi多主元合金中利用Lüders带诱导的局部颈缩，实现了位错的快速增殖和双重工作硬化，从而在超高屈服强度下获得了优异的延展性。这一发现不仅为解决金属结构材料中的强度-塑性权衡问题提供了新的策略，也为设计和开发具有优异力学性能的新型合金材料提供了重要的理论依据。通过这种方法，可以在保持材料高强度的同时，显著提高其塑性，为先进高强金属材料的发展开辟了新的可能性。

文献信息：

标题：Harnessing instability for work hardening in multi-principal element alloys

期刊：Nature Materials

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