极端制造｜深冷处理复合激光冲击强化实现增材制造亚稳高熵合金强度-塑性协同

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作者

童照鹏，张宇泽，王一辰，叶云霞，尹杰，包雨铖，任旭东*

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机构

江苏大学

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Citation

Tong Z P, Zhang Y Z, Wang Y C, Ye Y X, Yin J, Bao Y C, Ren X D. 2026. Achieving strength-ductility synergy of an additively manufactured metastable high-entropy alloy via deep cryogenic treatment followed by laser shock peening. Int. J. Extrem. Manuf.8015006

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae09df

撰稿 | 文章作者

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文章导读

增材制造亚稳双相高熵合金在极端服役环境具有显著的应用潜力，但强度-塑性不匹配限制了工程应用，特别是极大的温度梯度和极快的冷却速率引起的表面残余拉应力造成构件极易发生提前断裂失效。

近期，江苏大学任旭东教授课题组，针对增材制造Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金提出了深冷处理复合激光冲击强化工艺，构筑了表面梯度异构组织，实现了表面残余应力拉-压转变，获得了良好的强度-塑性匹配，突破了单一强化方式性能提升的瓶颈，并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“Achieving strength-ductility synergy of an additively manufactured metastable high-entropy alloy via deep cryogenic treatment followed by laser shock peening”的文章。

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图文解析

本研究的创新之处在于针对增材制造Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金提出了依次进行深冷处理和激光冲击的复合强化策略（图1），调控高熵合金的微观组织和残余应力。

图1采用LPBF成形高熵合金，随后依次进行液氮浸泡深冷处理和激光冲击。

深冷处理产生整体微塑性变形与激光冲击波诱导超高应变率的叠加作用，使高熵合金表面形成了晶粒尺寸、马氏体含量和位错密度呈梯度变化的异构组织（图2），获得了深冷处理+激光冲击诱导微观组织演化规律并揭示了晶粒细化机制（图3）。

图2深冷处理+激光冲击诱导表面梯度异构组织。

图3深冷处理+激光冲击诱导微观组织演化规律。

深冷处理+激光冲击后，增材制造高熵合金表面残余应力状态发生了拉-压转变，并且显微硬度也得到了明显提升。深冷处理形成的残余压应力抵消了部分表面拉应力，后续的激光冲击产生更深、更高的表面残余压应力。深冷处理+激光冲击形成的晶粒细化和马氏体相变是显微硬度提高的主要因素。

图4深冷处理+激光冲击强化后残余应力（a）和显微硬度（b）分布。

深冷处理+激光冲击使增材制造Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金获得了良好的强度和塑性匹配（图5）。根据表面梯度异构组织构成（图2）及拉伸断裂后的塑性变形机理（图6），揭示了梯度异构组织、HDI与TRIP/TWIP效应的共同作用是实现强塑性协同的主要原因。

本研究为增材制造高熵合金微观组织调控和力学性能提升提供了可行的后处理策略。

图5增材制造高熵合金经不同方式强化后的应力-应变曲线及与其他方法制备高熵合金的性能对比。

图6深冷处理+激光冲击强化高熵合金拉伸断裂后不同深度区域微观组织：（a）表面，（b）100 μm，（c）200 μm，（d）400 μm，（e）HCP板条的局部放大图，（f）HCP板条的HRTEM图.

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作者与团队简介

任旭东

江苏大学

通讯作者：任旭东，江苏大学副校长，教授，博士生导师，江苏省优势学科—机械工程激光先进制造方向带头人，江苏省微纳光电器件精密制造工程中心主任、江苏省农机装备再制造重点实验室主任、江苏省六大人才高峰创新团队带头人。长期从事航空先进材料激光加工理论、技术、装备及应用研究。主持或完成国自然联合基金重点项目、国家重点研发计划（增材制造与激光制造专项）课题、国自然面上项目和江苏省科技支撑重点项目等20余项国家和省部级课题。获得国家技术发明奖二等奖、国家科技进步二等奖和江苏省科技进步一等奖等科技奖励。在International Journal of Extreme Manufacturing、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等期刊发表学术论文100余篇，授权发明专利50余件、PCT发明专利10件。

童照鹏

江苏大学

第一作者：童照鹏，博士，副教授，一直从事激光增材制造和激光冲击波加工方面的研究工作，主持或完成国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金面上项目和企业委托课题等项目10项，在International Journal of Extreme Manufacturing、Additive Manufacturing、Corrosion Science、Journal of Materials Processing Technology和《中国激光》等国内外学术期刊上以第一作者/通讯作者发表SCI论文15篇，授权发明专利10项。

关于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing(《极端制造》），简称IJEM，中国机械工程学会极端制造分会会刊，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。JCR最新影响因子21.3，位列工程/制造学科领域第一。中科院分区工程技术1区，TOP期刊。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

期刊网址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep

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撰稿：作者 编辑：梁煜 审核：范珂艳 关利超

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