材料在高速、冲击、高温等极端工况下，容易发生宏观上瞬间的失效，这种失效对于正式服役的结构材料而言是极具灾难性的，而在材料内部这种失效其实是有预兆的，即形成的绝热剪切带便是这种失效即将发生的关键信号。近年来，高熵合金（HEAs）因其独特的高熵设计策略，相比于传统的合金材料，HEA更容易在强塑方面达到更高程度的平衡，且这一平衡具有良好的高温稳定性，因此HEA被视为抗热软化和抵御局部损伤的理想候选材料体系之一。然而，如何在高应变率条件下同步协同其强塑性及剪切稳定性，同样是HEA亟待解决的问题之一，目前有观点认为具有优异高温稳定性和强化效果的L1₂型多元纳米析出相有望通过抑制ASB的形成，为解决这一问题提供新路径。

2025年9月11日，太原理工大学与福耀科技大学合作的研究成果在国际材料领域权威期刊《Journal of Materials Science & Technology》上在线发表，论文题为“Effect of nanoprecipitates on the formation of adiabatic shear band in highentropy alloy”。这项研究聚焦于高熵合金在动态高应变率条件下内部ASB的形成机制，研究团队通过调控L1₂型纳米析出相的尺寸及体积分数，系统探究了FCC基CoCrFeNiTi_0.2高熵合金在高应变率下的动态剪切行为，该论文的两位通讯作者为太原理工大学的王建军副研究员和王志华教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.08.040

【核心内容】

在这项研究中，团队分别制备了高体积分数小尺寸L1₂纳米析出相和低体积分数大尺寸L1₂纳米析出相两种状态的CoCrFeNiTi_0.2高熵合金，L1₂纳米析出相在剪切早期通过促进位错平面滑移和形成多阶段硬化结构显著延缓绝热剪切带形成。当位错密度和绝热升温达到临界后，析出相瞬时再溶解并触发动态再结晶。低体积分数、较大尺寸析出相的样品在抑制热软化的同时保持硬化能力，展现更高抗ASB能力。

图形摘要

应变硬化与热软化的竞争机制量化

【研究方法】

研究对象为CoCrFeNiTi_0.2高熵合金（24.95Co-24.95Cr-24.95Fe-24.95Ni-0.2Ti at.%），通过真空电磁感应熔炼获得铸锭，并采用两种不同热处理工艺制备两类析出态：

• A800 HEA：800℃时效10h水淬，高体积分数（31.7%）约95nm的L1₂型纳米析出相；
  

• A1000 HEA：1000℃时效5h水淬，低体积分数（10.1%）约150nm的L1₂型纳米析出相。
  

团队首先基于有限元优化了动态剪切试样几何，使剪切区应力状态接近纯剪切，随后在分离式霍普金森压杆（SHPB）装置上分别于77K、293K和873K进行动态剪切实验，并结合EBSD/TEM对不同剪切应变下的微观演化进行“冻结”截取分析。

低温及高温SHPB试验装置示意图

【研究成果】

① L1₂纳米析出相调控初始显微组织

两类合金均呈FCC/L12双相结构。A800 HEA析出相体积分数高且尺寸小，A1000 HEA析出相体积分数低而尺寸大。TEM-EDS证实析出相为多组元Ni、Ti富集相且与FCC基体高度共格（界面失配仅0.48%～0.67%）。

XRD、EBSD、TEM及HRTEM下的典型初始组织和元素分布

② 不同析出态的动态剪切性能显著差异

在2.2×10⁴ s^-1应变率下，A800 HEA剪切屈服与破坏强度均高于A1000 HEA，但冲击剪切韧性较低，A1000 HEA因较低热软化成分在三种温度下均延缓ASB形成。

不同温度下两类合金的剪应力–剪应变曲线及冲击剪切韧性变化

③ ASB形成与微观机制

A1000 HEA在大剪切应变下出现典型ASB及动态再结晶（DRX）细晶区，L12析出相经历“球状→针状→消失”的瞬时再溶解过程后ASB才形成。而A800 HEA因高体积分数L1₂析出相诱发的Taylor晶格（TLs）抑制位错交滑，DRX和ASB难以形核，最终在未形成ASB前沿剪切区发生裂纹并失效。

A1000合金高温剪切演化（873K）

A800合金高温剪切行为（873K）

④ 裂纹与断口形貌

A1000 HEA断口呈细密撕裂脊，与ASB细晶区对应，A800 HEA断口粗糙、伴阶梯状突起与大量以L1₂析出相为核的韧窝，显示出不同失效机制。

A1000合金断口形貌

A800合金断口形貌

⑤ 析出相瞬时再溶解机制

研究提出了L1₂析出相在高应变率剪切下的瞬时再溶解模型。高密度位错剪切、绝热升温及高剪切应力协同作用打破相界热力学平衡，使析出相在尚未达到传统溶解温度前即快速消失。

析出相溶解现象验证

微观演化机制图谱

【总结与展望】

该工作系统揭示了L12纳米析出相体积分数与尺寸对高熵合金动态剪切行为和ASB形成的影响规律：较低体积分数/较大尺寸有助于降低热软化而延缓ASB形成，为高熵合金在极端载荷下的失稳控制提供了新的设计思路。通过优化析出相特征，可望获得在宽温区内具卓越抗绝热剪切性能的新型结构材料，服务于航空航天、装甲防护及高速加工等领域。