N3.2HEA(Fe46.8Mn30Co10Cr10N3.2)和HNS(Fe61.4Mn16.5Cr17.9Mo1.3N2.9)在不同状态下的拉伸行为和显微组织。(a)和(b)工程应力应变曲线。本文还给出了N3.2HEA的基体合金N0HEA(Fe50Mn30Co10Cr10)在HOMO态下的曲线，并进行了比较。(a1-a3)和(b1-b3)N3.2HEA-PRX和HNS-PRX材料的BSE显微照片。在纵向(RD-ND)切片上进行了微观结构表征。HOMO:均质化的;PRX:部分再结晶;FRX:完全再结晶
图2
N3.2HEA-PRX材料的SRO和板条结构分析。(a)板条结构TEM显微图。(b)沿[112]γ轴的SAED，取自(a)中红色虚线圈。(c)取自(a)中白色虚线矩形的暗场TEM显微照片。(d)取自(a)中沿[112]γ轴的红色虚线圈的HRTEM图像，显示板条/奥氏体基体界面附近的区域。(e)沿[112]γ轴的STEM-HAADF图像取自(a)中的蓝色虚点圆和带有扩散散射的FFT图样。(f)显示SRO域的IFFT图像。(g)覆盖fcc晶格的SROIFFT图像。插图是从绿色虚线矩形中截取的SRO域的特写视图。(h)SRO的IFFT图像与(e)对应的ABF图像叠加。插图取自绿色虚线矩形，表示间隙N原子的分布。(i)从(a)中橙色针状区域提取的分析样品中，显示所有元素均匀分布的APT图，以及沿样品纵向采集的原子组分的一维浓度分布图。给出了相应的透射菊池衍射(TKD)取向图(RD和ND样品方向着色的逆极图)，表明奥氏体的{110}<112>取向。未标度区域是靠近奥氏体矩阵的板条。
图3
N3.2HEA-PRX材料中SRO和化学有序板条的证据。(a)板条和奥氏体基体的TEM显微图。(b)fcc结构的菊池图。(c)沿[111]γ、[112]γ、[114]γ和[123]γ带轴从奥氏体基体、基体/板条界面和板条上获得的SAED图。沿不同轴的检测路径由(b)中的橙色箭头表示。
图4
LCO-lath的形成和特点。(a)-(c)从选定区域采集的N3.2HEA-HOMO、N3.2HEA-CR和N3.2HEA-FRX材料的TEM显微图，以及相应的SAEDs。(d)从图2(a)中红色虚线圈沿[112]γ轴拍摄的HRTEM图像。MRO和SRO区域和SRO区域分别来自LCO-lath和奥氏体基体。插图显示了从MRO域获得的FFT模式。(e)显示MRO域的IFFT图像。(f)N3.2HEA-PRX材料中SRO和MRO结构域的尺寸分布。(g)在不同材料状态下的热机械加工过程中LCO-lath的演变示意图。只显示NRX区域。(h)LCO中主要元素的原子排列示意图和相应的衍射图样。二维模型沿[112]γ轴观察。在二维和三维模型中，红球平面与蓝球平面交替。三维模型中的灰色球是Fe,Mn,Co和Cr原子随机分布在fcc晶格中。HOMO:均质化的;CR:冷轧;PRX:部分再结晶;FRX:完全再结晶。
图5
Fe50Mn30Co10Cr10合金在fcc和不同SRO构型下总能量的比较，绘制为Wigner-Seitz半径的函数。考虑了四种SRO构型，即[Fe0.4Cr0.1]α[Mn0.3Co0.1Fe0.1]β，[Fe0.4Mn0.1]α[mn0.2co0.1cr0.1]β，[Fe0.5]α[Mn0.3Co0.1Cr0.1]β和[Fe0.4Co0.1]α[Mn0.3Cr0.1Fe0.1]β，其中α和β分别代表SRO内不同的原子位置，如图4(h)三维原子排列模型中的红色和蓝色所示。为了更好地说明，所有的能量都是相对于fcc结构的平衡能量归一化的。每次计算都采用顺磁结构。
图6
N3.2HEA-PRX材料各区域的纳米压痕试验。(a)典型的BSE显微图像显示四个典型区域的纳米压痕。压痕压入无析出相和有析出相的RX区，压痕压入无析出相和有板条的NRX区，分别用绿色、紫色、橙色和蓝色圆圈标出。(b)从各区域获得的典型荷载-位移曲线。
图7
N3.2HEA-PRX材料的增强和增韧机理。(a)四个典型区域的统计纳米硬度值，即不含和有析出相的RX区和不含和有板条的NRX区。(b)和(c)N3.2HEAPRX材料变形断口附近区域的TEM显微图。观察到由LCO-lath/奥氏体基体界面和奥氏体基体中的SRO畴引起的位错堆积，以及多个孪晶。(b)和(c)中的插图分别显示了双光束条件和[011]γ轴下的衍射图样。(d)N3.2HEA-PRX和HNS-PRX材料的拉伸性能与其他多组分合金的不同增强方法(主要从间隙固溶体增强、晶粒细化、晶粒尺寸的非均质性和原子尺度的异质结构增强)的比较。(e)屈服强度与合金原材料成本的关系。
图8
(a)N3.2HEA-HOMO,N3.2HEA-PRX和N3.2HEA-FRX材料的中子衍射图样，(b)位错类型和(c)MWH图(KvsKCˉ1/2曲线)。
图9
(a)
HNS-homo、HNS-PRX和HNS-FRX材料的中子衍射图、(b)位错类型和(c)MWH图。
图10
强化对N3.2HEA-PRX和HNSPRX材料屈服强度的贡献。σs:固溶体强化;σSRO:SRO诱导强化;σLCO-lath:LCO-lath增强;σD:位错强化;σG:晶界强化;σP:沉淀强化。
此研究在fcc多组分合金中采用了引入间隙驱动LCO的设计策略，获得了超高屈服强度(>1.34GPa)和令人满意的延性(>12.5%)的良好结合。两种合金在部分再结晶状态下的高屈服强度是由于在NRX奥氏体基体中嵌入了大量细小的lco-板条。fcc组织板条包括MRO和SRO区域，板条由平面位错滑移带演化而来，在冷轧过程中位错滑移带被明显激活，并在随后的退火过程中表现出较好的热稳定性。首次证实了间质fcc多组分合金中SRO和MRO同时存在，且MRO的强化作用显著。此外，本文采用的在fcc多组分合金中引入间隙驱动LCO的强化手段，既不需要高昂的原材料成本，也不需要复杂的热力加工路线。因此，该策略有望应用到更多的催化裂化合金体系中，如铜合金、高温合金、高级钢和多组分合金，以低成本实现力学性能的突破。