英國布里斯托大學Science：在耐極寒中具有極高的斷裂韌性的CrCoNi合金

【導讀】

?高熵合金（HEA）在冶金界引起了越來越多的關注，因為它是一類金屬材料，其性能來自多種主元素的存在，而不是像大多數傳統金屬合金那樣來自單一的主要成分（例如，鋼中的鐵）。該領域已經發展到包括等原子和非等原子合金，單相固溶體和多相成分復雜合金，目標是找到與傳統合金不同的性能組合。尋找在極低溫度下具有良好斷裂性能的結構材料具有挑戰性，對于太空探索等領域很重要。而CrCoNi基中熵和高熵合金表現出出色的損傷耐受性，特別是在低溫下。

【成果掠影】

近日，英國布里斯托大學Robert O. Ritchie教授研究了等原子CrCoNi和CrMnFeCoNi合金在20開爾文(K)下的斷裂韌性值。發現CrMnFeCoNi和CrCoNi的裂紋起裂斷裂韌性分別高達262和459兆帕斯卡-米^?(MPa·m^?); CrCoNi在2.25毫米的穩定開裂后，顯示出超過540 MPa·m^?的裂紋擴展韌性。20 K下的裂紋尖端變形結構與較高溫度下的裂紋尖端變形結構截然不同。他們認為這些合金通過變形機制、位錯滑動、堆積-斷層形成、納米孿晶和相變的逐步協同作用來發展抗斷裂性，這些協同作用可以延長應變硬化，同時提高強度和延展性，從而獲得異常的韌性。相關成果以“Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin”發表在Science上。英國布里斯托大學Robert O. Ritchie教授為論文的通訊作者。

【數據概況】

圖 1.CrCoNi和CrMnFeCoNi合金的J-R曲線和斷裂韌性值隨溫度的變化。? 2022 AAAS

圖 2.CrCoNi基合金的微觀結構和斷口形貌。? 2022 AAAS

圖 3.EBSD（電子背散射衍射）圖。? 2022 AAAS

圖 4.HRTEM和4D-STEM表征了293和20 K處與斷裂表面相鄰的CrCoNi合金中變形的微觀結構。? 2022 AAAS

圖 5.斷裂韌性方面的阿什比圖。? 2022 AAAS

【成果啟示】

總之，作者發現了一種高熵鉻鈷鎳合金，在20開爾文下，具有非常高的斷裂韌性。這種材料行為是由意外的相變引起的，當與其他微觀結構結合時，可防止裂紋的形成和擴展。這種合金的斷裂韌性，使其在一系列低溫應用中具有潛在的用途。這種基于CrCoNi的多主元素合金顯然是在極端環境中潛在應用的強候選材料，例如在非常高的應變率和低溫下。

參考文獻：Liu D, Yu Q, Kabra S, Jiang M, Forna-Kreutzer P, Zhang R, Payne M, Walsh F, Gludovatz B, Asta M et al: Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin. 2022, 378(6623):978-983.

https://doi.org/10.1126/science.abp8070