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對超高屈服強度的金屬結構材料而言，塑性失穩即頸縮會(huì )過(guò)早出現，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(kāi)始，位錯的產(chǎn)生和積累就變得越來(lái)越困難，不能形成傳統的加工硬化。

近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心材料結構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）及院內外科研人員合作，利用像差校正高角環(huán)形暗場(chǎng)像及弱束暗場(chǎng)像等手段，解析了VCoNi合金位錯的核心結構、變形過(guò)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)有序區的交互作用，揭示了合金強度和塑性同時(shí)提高的內在機理。相關(guān)成果在 Nature Materials在線(xiàn)發(fā)表的題為“Harnessing instability for work hardening in multi-principal element alloys”的論文中被報道。

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

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

圖2.利用透射電鏡觀(guān)察距呂德斯帶前端不同距離的樣品，可以看到距離呂德斯帶前端越遠，位錯密度越高。