深大《Mater Des》：一種新型優(yōu)異力學性能的輕質(zhì)難熔高熵合金！
2022-11-25 14:11:55
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
分享至：
通過納米析出和位錯誘導變形獲得力學性能優(yōu)異的輕質(zhì)難熔高熵合金現(xiàn)階段對高溫下具有一定機械性能的合金有廣泛應用需求。新技術(shù)需求的金屬材料，要在比鎳基合金服役溫度更高的條件下工作。盡管鎳基合金在較高溫度下具有獨特的性能組合，但這些合金要么室溫延展性較低（低于10%），要么密度較高（超過8.5g/cm3），這大大限制了它們的實際應用。最近，一種輕質(zhì)難熔高熵合金（RHEAs）被開發(fā)出來有望解決這些問題，由于它們具有較好的高溫強度，因此得到了廣泛關(guān)注。一些研究人員觀察到，與典型的鎳基合金（如Inconel 718和Mar-M247）相比，RHEAs（如NbMoTaW和AlMo0.5NbTa0.5TiZr）顯示出更高的高溫力學性能，高溫應用前景廣闊，為了進一步完善該合金，減質(zhì)和改善脆性是首要任務。深圳大學的一項最新研究探討了通過RHEAs成分調(diào)控密度并改善力學行為，設計了一系列Al0.5Ti2Nb1Zr1WX（X：0、0.3、0.5和0.7），分析了該合金的微觀結(jié)構(gòu)、強化增韌機制、室溫高溫下的力學性能以及潛在的變形機制。相關(guān)論文以題為“A superb mechanical behavior of newly developed lightweight and ductile Al0.5Ti2Nb1Zr1Wx refractory high entropy alloy via nano precipitates and dislocations induced-deformation”發(fā)表在Materials & Design。https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111034
研究發(fā)現(xiàn)在Al0.5Ti2Nb1Zr1W0.5RHEA中，觀察到不同的變形特征。RHEA在973 K到1073 K之間表現(xiàn)出持續(xù)的應變硬化，而在1273 K下壓縮的RHEA沒有表現(xiàn)出應變硬化，在屈服后表現(xiàn)出流動軟化。大量的位錯聚集在GBs附近，這些區(qū)域的位錯集中有助于GBs附近變形。在973 K時缺乏位錯遷移和擴散，意味著應力不能被緩解或協(xié)調(diào)變形，由此產(chǎn)生的應力集中加速了微裂紋的產(chǎn)生和擴散，這不利于材料的抗變形能力，隨著應變的增加，GBs處的應力集中促進了微裂紋的形成。同時，位錯重排引發(fā)的子結(jié)構(gòu)導致動態(tài)回復，這類變形加速了從硬化到軟化的轉(zhuǎn)變。
圖1 (a, b) Al0.5Ti2Nb1Zr1W0.5RHEA的DF-TEM顯微圖，其相應的SAED圖顯示B2相；(c) HR-TEM顯微圖顯示BCC/B2之間的界限；(d) Al0.5Ti2Nb1Zr1Wx (X: 0-0.7) RHEA的XRD圖
圖2 Al0.5Ti2Nb1Zr1Wx(X: 0-0.7) RHEAs的壓縮性能 (a, b)在室溫和(c)在高溫下的工程/真應力-應變曲線
圖3 Al0.5Ti2Nb1Zr1W0.5RHEA在298 K、973 K和1273 K下壓縮60%的EBSD結(jié)果
圖4 Al0.5Ti2Nb1Zr1W0.5RHEA在1273 K下壓縮60%后的BF-TEM顯微照片(a)位錯；(b)亞晶粒
圖5 Al0.5Ti2Nb1Zr1W0.5RHEA在不同溫度下壓縮后的變形機理示意圖新開發(fā)的輕質(zhì)Al0.5Ti2Nb1Zr1W0.5RHEA由于其體心立方結(jié)構(gòu)和B2納米析出相而表現(xiàn)出突出的比屈服強度（SYS）。它具有較高的SYS（σ0.2/ρ=187MPa g-1 cm3）、均勻硬化和優(yōu)秀的塑性（ε>68%）。在1073K下壓縮后，得到優(yōu)良的SYS（σ0.2/ρ=94MPa g-1 cm3），應變硬化能力是由位錯主導的變形提供的。相比之下，微裂紋的擴展和動態(tài)再結(jié)晶（DRX）加速了從硬化向軟化的轉(zhuǎn)變。與973 K和1073 K變形的RHEA相比，在1273 K壓縮時，RHEA的流動應力迅速下降，隨后產(chǎn)生了穩(wěn)態(tài)流動。CDRX和位錯湮滅有效地降低了應力集中，避免了GBs下微裂紋的擴展，擴散控制的DRX是1273 K壓縮后持續(xù)應變軟化的主要原因。這些結(jié)果不僅指出了該合金具有極好的可變形性和優(yōu)異的高溫性能，還促進了這類合金的未來發(fā)展及應用。
免責聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。
