近期，兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室与北京钢铁研究总院高温合金新材料重点实验室合作的研究成果“High strength and ductility in a novel Ni-based superalloy with γ' and nanotwins / stacking faults architectures”在材料科学领域期刊《Materials Science and Engineering A》（影响因子IF=5.234）在线发表。该研究工作通讯作者为兰州理工大学丁雨田教授和北京钢铁研究总院甘斌高级工程师，第一作者为王兴茂博士。

强度和塑性的失配问题在高温合金中普遍存在。这一问题的主要与传统的强化方式有关，如加工硬化、固溶强化以及沉淀强化等提高强度的同时会损失高温合金的塑性。因此，高温合金中引入新的强化方式成为亟待解决的问题。近年来研究结果表明，高密度的纳米孪晶显著提高材料强度的同时能够不严重损失其塑性。这主要是因为塑性变形过程中位错与孪晶界之间独特的交互作用决定。一方面，孪晶界能够起到大角度晶界的作用阻碍位错运动而实现强化；另一方面，孪晶界能够提供位错的形核质点以及容纳位错在与其平行的方向上运动来保证材料的加工硬化能力。目前，孪晶界强化在很多具有低层错的面心立方合金中成功引入并实现强度和塑性的协同提高。

基于上述研究现状，本文的目的在于验证是否可以在新型镍基高温合金中引入纳米孪晶并实现强度和塑性的协同提升？通过室温大变形量轧制以及后续不同温度的再结晶退火和双级时效处理，在新型镍基高温合金中分别得到变形组织、部分再结晶组织和完全再结晶组织，并研究其室温力学性能的演变。结果表明：室温轧制变形量为70%时能够在合金中成功引入纳米孪晶结构。同时，纳米孪晶在950℃再结晶退火以及双级时效(650 ℃/24h/AC and 760 ℃/16h/AC)过程中稳定存在。部分再结晶组织在室温变形过程中实现高强度，相比于标准热处理态合金提高约62%。高强度主要来源于轧制过程诱导形成的高密度纳米孪晶和位错结构以及时效过程析出的γ'相。尽管纳米孪晶在更高温度的再结晶过程湮灭，但是完全再结晶组织仍然保持高强度和良好的塑性水平。相比于标准热处理态，完全再结晶组织的的屈服强度从1043 MPa提高到1386 MPa，两者的断后延伸率分别为19.5 %和20.5%。强度和塑性的协同提升主要归因于大量细晶结构、退火孪晶和γ'相的存在以及拉伸过程中形成的高密度相互交截的层错和LC锁。特别地，高密度层错和LC锁在塑性变形过程中与位错的交互作用有利于合金保持良好的加工硬化能力。这一结果给通过适当的机械热处理调控高温合金的微观组织和力学性能提供可行途径。

(a)合金实现高强度和塑性的机制；(b)合金力学性能与典型镍基和镍钴基高温合金的对比