【论文报道】恭喜李福山老师博士生韩成府在JMRT(IF=6.1)上发表论文！

供稿人：杜振玉

论文题目：Achieving excellent strength-ductility synergy by adding carbon to a BCC structured low-cost Fe-based medium entropy alloy

论文作者：Chengfu Han , Zhenyu Du , Suo Zhang, Zhenyan Zhang, Shaojie Wu, Tan Wang, Yongfu Cai , Chen Chen*, Ran Wei*, Fushan Li*

Journal：Journal of Materials Research and Technology

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.05.037

 【研究背景】

M/HEAs中，主组元之间的相互固溶能够产生明显的晶格畸变，起到固溶强化作用，在其中再引入置换固溶原子，在一定程度上可以提高强化效果，比如在CoCrFeNiMn中加入Al和V等元素，但是其强化效果有限。间隙固溶原子一般与基体原子半径差大于41%，通过进入基体晶格的间隙中可以产生更为强烈的晶格畸变，因此产生的固溶强化效果也会较置换固溶更为显著。C、N、B和O是常用的间隙固溶强化元素。其中C因其较低的成本、添加工艺简单且具有较强的调整相结构的能力，常被作为首选的间隙强化元素。在传统材料钢中，C在α-Fe（BCC结构）中固溶度较低，但在β-Fe（FCC结构）中固溶度较高，C能够促进奥氏体（FCC结构）的形成，是一种强烈的奥氏体化形成元素。在M/HEAs中，C同样可以促进FCC的形成，此外，如果控制碳化物以细小弥散分布的纳米相出现，也可起到强化作用。因此，在Fe-MEAs也可充分利用引入C来调控组织结构及力学性能。                   【成果速览】

C0.25-ANN 和 C0.5-ANN 合金的拉伸性能

【结论展望】

(1)  Fe₆₄Ni₁₁Cr₁₅Si₇Al₃ 合金的铸态微观结构在添加 0.25% 碳后从单相体心立方（BCC）转变为体心立方（BCC）和面心立方（FCC）双相基体，B2（NiAl）纳米颗粒在体心立方相中析出。与不可轧制的 Fe₆₄Ni₁₁Cr₁₅Si₇Al₃ 合金不同，（Fe₆₄Ni₁₁Cr₁₅Si₇Al₃）_99.75C_0.25 合金可冷轧至 85%。当碳含量增加到 0.5% 时，体心立方相在面心立方基体中呈离散岛状分布。

(2) 在1073K下对85%冷轧板材进行10分钟退火处理，然后水淬，（Fe₆₄Ni₁₁Cr₁₅Si₇Al₃）_99.75C_0.25 和（Fe₆₄Ni₁₁Cr₁₅Si₇Al₃）_99.5C_0.5合金的微观结构均由双相 FCC + BCC（B2）结构组成。在（Fe₆₄Ni₁₁Cr₁₅Si₇Al₃）_99.5C_0.5合金中观察到了Cr₂₃C₆碳化物。随着碳含量的增加，再结晶率提高，这主要是由于FCC相的比例增加所致。

(3) 在添加适量的碳并进行热机械处理后，C0.25合金在298 K时表现出优异的拉伸性能，屈服强度为1054±14MPa，抗拉强度为1203±6 MPa，伸长率为15±1%。在298 K时， C0.25合金的强化机制可归因于超细晶强化、碳固溶强化、高密度位错强化以及B2（NiAl）纳米析出相强化。此外，在77 K时，其拉伸性能更优，屈服强度和抗拉强度分别达到1550±34和1926±33 MPa，而伸长率仍保持在25±6%。这项工作为克服单相 BCC 合金的冷加工难题提供了新策略，并开发了一种用于低温结构材料的低成本碳掺杂 Fe-MEA 合金。