對超高屈服強度的金屬結(jié)構(gòu)材料而言，塑性失穩(wěn)即頸縮會過早出現(xiàn)，從而使得材料的延展性幾乎完全消失。這是因為從拉伸變形一開始，位錯的產(chǎn)生和積累就變得越來越困難，不能形成傳統(tǒng)的加工硬化。

近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心材料結(jié)構(gòu)與缺陷研究部特別研究助理段慧超（共同一作）、杜奎研究員與中國科學(xué)院力學(xué)研究所武曉雷研究員（通訊作者）、徐博文博士（共同一作）、陳雪飛博士（共同一作）及院內(nèi)外科研人員合作，利用像差校正高角環(huán)形暗場像及弱束暗場像等手段，解析了VCoNi合金位錯的核心結(jié)構(gòu)、變形過程中呂德斯帶（Lüders band）不同位置的位錯密度以及位錯與局部化學(xué)有序區(qū)的交互作用，揭示了合金強度和塑性同時提高的內(nèi)在機理。相關(guān)成果在 Nature Materials在線發(fā)表的題為“Harnessing instability for work hardening in multi-principal element alloys”的論文中被報道。

作為初始拉伸響應(yīng)的呂德斯帶前端會誘發(fā)持續(xù)的局部頸縮，從而產(chǎn)生三軸應(yīng)力和應(yīng)變梯度，促使位錯快速增殖，這會導(dǎo)致林位錯硬化及額外的由位錯與局部化學(xué)有序區(qū)相互作用而產(chǎn)生的加工硬化。這種雙重的強化機制反過來抑制和穩(wěn)定了呂德斯帶的失穩(wěn)擴展，促進(jìn)了均勻變形。由此，在室溫和低溫變形過程中，可獲得約2GPa的屈服強度和20%的延展性，同時實現(xiàn)了超高的強度和延展性。這些研究結(jié)果表明利用像差校正高角環(huán)形暗場像及弱束暗場像等手段可以有效解析位錯的核心結(jié)構(gòu)及分布特征，揭示變形過程中的位錯行為，從而準(zhǔn)確地認(rèn)識缺陷對超高強度合金性能的影響。

圖1.利用像差校正高角環(huán)形暗場像和弱束暗場像分析了位錯的核心結(jié)構(gòu)、位錯密度及位錯與界面的交互作用。變形過程中呂德斯帶前端位錯快速產(chǎn)生和累積形成位錯纏結(jié)，這些位錯纏結(jié)會捕獲可動位錯，成為呂德斯帶擴展的主要機制。