近日，固体力学领域国际知名期刊《International Journal of Plasticity》在线发表了西北工业大学航空学院/极端力学研究院索涛教授和李建国副教授有关面心立方结构（face centered cubic，FCC）高熵合金（high entropy alloy，HEA）中反常绝热剪切失稳行为微观软化机理的最新研究进展，论文题目为“Adiabatic shear localization induced by dynamic recrystallization in an FCC high entropy alloy”（International Journal of Plasticity. 2023, 162: 103550, https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103550）。

绝热剪切带（adiabatic shear band，ASB）是金属材料在冲击载荷作用下一种特殊的局域化变形失效形式。根据传统理论，绝热剪切失稳行为常见于具有高强度、高温度敏感性、低应变硬化率和应变率敏感性的金属材料，因此普遍认为表现出低屈服强度、高应变硬化能力和率敏感性的FCC结构HEA中很难形成ASB。特别是在低温或动态条件下，FCC结构HEA变形时的孪生、相变等协同作用使其加工硬化能力增强，更不易发生局部塑性失稳行为。已有研究结果表明，即便动态强制剪切应变高达7时FCC结构HEA也依然具有极其优异的抗局部剪切变形能力。然而，索涛教授团队在针对单相FCC结构Al0.1CoCrFeNi高熵合金低温动态力学性能开展研究时发现：该合金中沿ASB内扩展的裂纹是其最终失效的主要原因；与室温下动态单轴压缩力学行为对比，低温下该合金的加工硬化能力更强，但室温下冲击并未形成ASB，如何理解低温动载下这种反常的绝热剪切失效行为成为一大难点。

图1. FCC结构Al0.1CoCrFeNi HEA在室温及低温动态单轴压缩时测得真实应力-应变曲线；动态加载过程中形成大量动态再结晶晶粒，离散分布的DRX软点易诱发局部剪切变形开启，进而发生失稳形成ASB。

为了揭示FCC结构HEA中ASB的形成机理，系统的微观结构表征发现：在低温动态变形的初始阶段，高密度的孪晶容易被激活。随着塑性应变的增加，位错与孪晶界之间的相互作用会导致大量动态再结晶（dynamic recystallization，DRX）区域的形成。相比于周围大塑性变形晶粒，这些不含任何缺陷的DRX晶粒的强度要低得多，成为随后塑性变形过程中诱发局部剪切变形开启的软化点。为了以进一步理解离散分布的DRX软点如何诱导局部剪切变形及失稳的发生，索涛教授团队通过低温预冲击加载方式在样品中引入一定量的DRX软区，在二次冲击时结合数字图片相关（DIC）技术清晰地显示了离散分布的DRX软点（下图中红色箭头标注的位置）优先变形，并诱导局部剪切变形开启，最终发生热塑性失稳的全过程。该项研究工作充分地认清了动载下抗剪切失稳能力优异的金属中ASB起始和演化的过程，并对DRX软化失稳机理进行了具体阐释，为深入理解FCC结构金属中ASB的形成机理提供了新的认识。

图2. 动态预变形至真实应变分别为50%（含DRX）和30%（不含DRX），二次动态压缩时采用DIC技术测取样品表面全场应变的演化过程。

该论文的第一作者为西工大航空学院博士研究生蒋坤，通讯作者为索涛教授和李建国副教授。论文的第一发表单位为西北工业大学。该研究得到了国家自然科学基金项目资助。