对超高屈服强度的金属结构材料而言，塑性失稳即颈缩会过早出现，从而使得材料的延展性几乎完全消失。这是因为从拉伸变形一开始，位错的产生和积累就变得越来越困难，不能形成传统的加工硬化。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部特别研究助理段慧超（共同一作）、杜奎研究员与中国科学院力学研究所武晓雷研究员（通讯作者）、徐博文博士（共同一作）、陈雪飞博士（共同一作）及院内外科研人员合作，利用像差校正高角环形暗场像及弱束暗场像等手段，解析了VCoNi合金位错的核心结构、变形过程中吕德斯带（Lüders band）不同位置的位错密度以及位错与局部化学有序区的交互作用，揭示了合金强度和塑性同时提高的内在机理。相关成果在 Nature Materials在线发表的题为“Harnessing instability for work hardening in multi-principal element alloys”的论文中被报道。

作为初始拉伸响应的吕德斯带前端会诱发持续的局部颈缩，从而产生三轴应力和应变梯度，促使位错快速增殖，这会导致林位错硬化及额外的由位错与局部化学有序区相互作用而产生的加工硬化。这种双重的强化机制反过来抑制和稳定了吕德斯带的失稳扩展，促进了均匀变形。由此，在室温和低温变形过程中，可获得约2GPa的屈服强度和20%的延展性，同时实现了超高的强度和延展性。这些研究结果表明利用像差校正高角环形暗场像及弱束暗场像等手段可以有效解析位错的核心结构及分布特征，揭示变形过程中的位错行为，从而准确地认识缺陷对超高强度合金性能的影响。

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图1.利用像差校正高角环形暗场像和弱束暗场像分析了位错的核心结构、位错密度及位错与界面的交互作用。变形过程中吕德斯带前端位错快速产生和累积形成位错缠结，这些位错缠结会捕获可动位错，成为吕德斯带扩展的主要机制。

图2.利用透射电镜观察距吕德斯带前端不同距离的样品，可以看到距离吕德斯带前端越远，位错密度越高。