摘要:

研究论文 ● 开放获取阅读更多

1.文章导读

近期，江苏大学任旭东教授课题组，针对增材制造Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀高熵合金提出了深冷处理复合激光冲击强化工艺，构筑了表面梯度异构组织，实现了表面残余应力拉-压转变，获得了良好的强度-塑性匹配，突破了单一强化方式性能提升的瓶颈，并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“Achieving strength-ductility synergy of an additively manufactured metastable high-entropy alloy via deep cryogenic treatment followed by laser shock peening”的文章。

2 图文解析本研究的创新之处在于针对增材制造Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀高熵合金提出了依次进行深冷处理和激光冲击的复合强化策略（图1），调控高熵合金的微观组织和残余应力。

图1 采用LPBF成形高熵合金，随后依次进行液氮浸泡深冷处理和激光冲击。深冷处理产生整体微塑性变形与激光冲击波诱导超高应变率的叠加作用，使高熵合金表面形成了晶粒尺寸、马氏体含量和位错密度呈梯度变化的异构组织（图2），获得了深冷处理+激光冲击诱导微观组织演化规律并揭示了晶粒细化机制（图3）。

图2 深冷处理+激光冲击诱导表面梯度异构组织。

图3 深冷处理+激光冲击诱导微观组织演化规律。深冷处理+激光冲击后，增材制造高熵合金表面残余应力状态发生了拉-压转变，并且显微硬度也得到了明显提升。深冷处理形成的残余压应力抵消了部分表面拉应力，后续的激光冲击产生更深、更高的表面残余压应力。深冷处理+激光冲击形成的晶粒细化和马氏体相变是显微硬度提高的主要因素。

图4 深冷处理+激光冲击强化后残余应力（a）和显微硬度（b）分布。深冷处理+激光冲击使增材制造Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀高熵合金获得了良好的强度和塑性匹配（图5）。根据表面梯度异构组织构成（图2）及拉伸断裂后的塑性变形机理（图6），揭示了梯度异构组织、HDI与TRIP/TWIP效应的共同作用是实现强塑性协同的主要原因。本研究为增材制造高熵合金微观组织调控和力学性能提升提供了可行的后处理策略。

图5 增材制造高熵合金经不同方式强化后的应力-应变曲线及与其他方法制备高熵合金的性能对比。

图6  深冷处理+激光冲击强化高熵合金拉伸断裂后不同深度区域微观组织：（a）表面，（b）100 μm，（c）200 μm，（d）400 μm，（e）HCP板条的局部放大图，（f）HCP板条的HRTEM图.