西安交通大学新年第2篇Science！超强韧合金新突破！

【科学背景】

超高强度和优异的拉伸塑性是结构材料发展的不懈追求。然而，合金的抗拉强度提升至超高水平后（如>2.5 GPa），通常难以维持良好的应变硬化能力。因此，此类超强合金的均匀延伸率往往难以突破5%应变。

【创新成果】

西安交通大学吴戈教授，刘畅教授，刘思达教授联合香港城市大学吕坚院士团队设计了一种短程有序界面与超纳（<10纳米）析出相的结合的创新纳米结构，分别针对基于钒、钴和镍的细晶合金的晶粒内部和晶界区域，并添加了钨、铜、铝和硼。通过在晶界附近短程有序的偏析，实现了显著的晶界相关强化和延性化机制。此外，在塑性变形过程中，超纳米有序结构具有更大的尺寸，对位错和堆垛层错的钉扎效应增强，并在晶粒内部成倍累积。这些机制促进了流动应力的持续增加，成功实现了具有2.6 GPa抗拉强度和10%均匀延伸率的合金，为打造出兼具超高强度与卓越均匀延伸率的合金开辟了新道路。相关文章以“Ductilization of 2.6-GPa alloys via short-range ordered interfaces and supranano precipitates”为题发表在最新一期的Science上。

【图文导读】

图1 SS-合金的结构© 2025 AAAS

图2 SS合金的室温拉伸性能© 2025 AAAS

图3 SS合金中面心立方相在张力作用下的结构演化© 2025 AAAS

图4 SS合金的变形机理© 2025 AAAS

【科学启迪】

该项工作提出了一种通过短程有序界面和超纳析出相来增韧2.6 GPa合金的策略。短程有序结构（SRO）在晶界附近的偏聚显著提升了晶界抵抗位错运动所需的应力水平，屈服强度提升至2.2 GPa。塑性变形过程中，位错的运动促使晶界附近的SRO发生向无序固溶体的转变，降低了晶界附近的应力集中，避免界面开裂。此种短程有序界面设计策略实现了与晶界相关的显著强化和塑化机制。另一方面，相比于<1 nm尺寸的SRO，在FCC晶粒内部析出尺寸较大（0.5~4 nm）的超纳析出相（S-L1₂），对位错和层错有更强的钉扎效应，使塑性变形过程中位错在晶粒内部持续增殖和累积，提高了合金的应变硬化能力。分别在FCC相的晶界附近和晶粒内部引入的两种有序结构（SRO和超纳析出相），具有互补的强化和塑化机制，促进了高应变硬化率和优异延伸率。此外，由于塑性变形过程中的超高应力水平，在FCC-BCC相界面发生BCC到FCC的相变。相界面附近的异构变形带来背应力硬化效应，加强应变硬化，而变形过程中的动态相变会缓解相界面处的应力集中，使合金的均匀拉伸变形得到维持。

【原文详情】

Yong-Qiang Yan†, Wen-Hao Cha†, Sida Liu*, Yan Ma, Jun-Hua Luan, Ziyuan Rao, Chang Liu*, Zhi-Wei Shan, Jian Lu*, Ge Wu*, Ductilization of 2.6-GPa alloys via short-range ordered interfaces and supranano precipitates, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr4917