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材料的强度和塑性,是众所周知的此消彼长(Trade off)关系。铸态共晶高熵合金因其凝固后形成的独特双相层片结构,能够实现强塑性的优良匹配,同时还具有传统共晶合金良好的铸造性能,近年来引起了材料研究工作者的广泛关注。然而,铸造合金的力学性能普遍较低,如何进一步提升共晶高熵合金的强塑性能、拓宽其应用范围和领域,一直是冶金和材料科学家致力研究的领域。然而,传统的强化手段大多在提高强度的同时,常常以牺牲塑性为代价,仍然无法满足工程应用中对高强度和高塑性兼顾的要求。近年来,越来越多的研究表明,在金属及合金中构筑异质结构可以实现强度与塑性的同步提高,而共晶高熵合金中的层片结构也能在一定程度上提升强度和塑性,如果将两者结合,是否能实现材料的高强塑性呢?因此,本文以广泛研究的Al Co Cr Fe Ni2.1和最近报道的Al19Co20Fe20Ni41两种共晶高熵合金为研究对象,基于其独特的成分和结构特征设计制备了两种多级的双相异质层片结构,并详细研究了这种多级异构设计实现的优异力学性能,揭示出其独特的强化机制。(1)通过对铸态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金进行简单可工业化的冷轧和退火处理,本文巧妙地遗传了共晶组织里天然的微层片从而构筑出一种超细晶修饰的双相异质层片结构。研究发现,这种微层片遗传的超细双相异质结构在拉伸加载时可以诱导强的两级变形约束效应和自生的微裂纹捕捉机制,因而实现了超优的强塑性结合(屈服强度~1245 MPa,均匀延伸率~18%)。因此,相比于报道的以严重牺牲塑性来提高强度的均匀超细晶结构(屈服强度~1.1 GPa,拉伸塑性~12%),本文设计的异质超细晶结构不仅实现了更高的强度而且带来了更优异的拉伸塑性。(2)为进一步改善超细晶共晶高熵合金的强塑性结合,本文提出了构造顺序激活的多阶段加工硬化策略。这致使高强度的Al19Co20Fe20Ni41超细晶共晶高熵合金(1.22±0.02 GPa)拥有持续且有效的应变硬化能力,因而带来了优异的均匀延伸率24.24±1.26%和超高的抗拉强度1.52±0.02 GPa。此外,在这样高的屈服强度下,抗拉强度与屈服强度间高达~300 MPa的差值是比较罕见的,进一步表明顺序激活的多阶段硬化策略的高度有效性。研究表明,这种多阶段硬化策略源于在超细晶共晶高熵合金中协调的三级设计:层片异构、晶粒尺寸调控和晶内成分原位修改。(3)借助多尺度的结构表征手段和定量的应力测试分析,发现设计的这两种多级异质层片结构在拉伸加载时均发生了多重的异质变形,因而带来了显著的异质变形诱导的硬化,致使超细晶共晶高熵合金不仅具有高的强度,同时展现出优秀的塑性。由于在Al19Co20Fe20Ni41共晶高熵合金中协调的三级设计,顺序发生的多类型形变纳米孪晶被引入到异质结构中,并耦合叠加到异质变形硬化里,最终在超细晶中实现了一种顺序激活的多阶段硬化。因此,相较于Al Co Cr Fe Ni2.1多级异构共晶高熵合金,多类型孪生强化的Al19Co20Fe20Ni41异构共晶高熵合金具有更优异的强塑性匹配。