激光冲击强化(LSP)可于高熵合金表面诱导呈梯度分布的纳米孪晶、超细晶粒，使其相较于同等平均晶粒尺寸的均质材料体现出更为优异的应变硬化能力。微观结构研究发现，LSP诱导的位错、小角度晶界及孪晶的共同作用增强了高熵合金(HEAs)的应变硬化能力，导致了其在变形过程中的优异塑性。现有结果表明，在变形过程中，传统的梯度钢、镍及铜等金属表面形成的致密剪切带(SBs)容纳了梯度层的塑性应变，延缓了纳米晶/细晶区域的应变局域化和过早失效，具有相较均质合金更为优异的塑性。与传统合金相比，梯度结构的高熵合金在局域应变和塑性变形行为间的关联响应机制尚不明晰。因此，探究局部应变对非均质HEAs的影响，有助于明确梯度结构高熵合金优异塑性的本质。

为了达到上述目的，哈工大黄永江教授课题组采用数字图像相关(DIC)原位拉伸技术结合微观结构表征探究了激光冲击强化诱导梯度结构单相高熵合金的力学行为，从局域应变的角度揭示了该梯度结构高熵合金的塑性变形机理。相关成果以题“Strain delocalization in a gradient-structured high entropy alloy under uniaxial tensile loading”发表于 International Journal of Plasticity。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103808

依据高熵合金成分设计准则，该文章制备了六元单相面心立方结构的CrFeCoNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金。悬浮熔炼后浇铸制备合金板材，随后分别对其表面进行1次及4次激光冲击强化处理，探究了其拉伸变形行为及微观组织演化。

研究结果表明，经LSP处理后，CrFeCoNiMn_0.75Cu_0.25 HEA样品屈服强度显著提升的同时依然保持优越的塑性。特别地，经过四次LSP的HEA试样的屈服强度约为铸态合金的2倍，这归因于其表面形成的由亚晶粒、致密位错和纳米孪晶组成的梯度结构。原位DIC测试结果表明，4次强化后梯度结构高熵合金表层产生了致密剪切带，而未出现应变集中。剪切带为细晶区局域应变的主要载体，随着外加载荷的增加其局域应变的强度增加，而芯部粗晶则抑制了剪切带的扩展(剪切带宽度并未随外加载荷而增加)，为合金提供了良好的塑性变形能力。梯度结构高熵合金的应变非局域化延缓了细晶结构的过早失效，使其塑性更为优异。

图1. (a) 铸态和激光冲击强化后HEAs的工程应力-应变曲线及(b)应变硬化速率曲线 

图2. (a) 4次LSP处理后的CrMnFeCoNiMn_0.75Cu_0.25 HEA截面(YOZ面)的EBSD图谱；(b、c、d) 不同区域内的晶粒尺寸统计图以及 (e、f、g) 取向差角统计图

图3.不同拉伸应变下(a)铸态、(b) 1-LSP和(c) 4-LSP处理的HEA试样表面ε_x, ε_y方向的局部应变分布图谱

图4. 4次LSP后的高熵合金试样在不同拉伸应变后不同深度层下的微观组织结构 (a)、(c) 应变达~ 2%和(b)、(d)应变达~15%

图5.1-LSP和4-LSP处理后HEA的背应力:(a) 1-LSP和4-LSP处理后HEA的循环加载-卸载的真应力-应变曲线；(b) 4-LSP处理后HEA循环加载曲线中放大后的迟滞回线，图中σ_u0

定义为初始卸载应力、σ_u为卸载屈服、σ_r为加载屈服、σ_b为背应力、σ_f为摩擦应力、Eu为有效卸载时的杨氏模量、Er为有效加载时的杨氏模量。(c)不同真应变下1-LSP和4-LSP处理后HEAs的背应力

此外，在塑性变形阶段，合金硬化层中的细晶在失稳前产生了侧向局部应力分量。多向的局部应力状态激活了合金内部更多的滑移系统，提高了梯度结构HEAs的力学性能。透射电镜观察及循环加载结果表明，梯度结构在变形过程中高的背应力强化使得该结构的高熵合金材料具有优异的应变硬化能力和强塑性结合。