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具有優(yōu)異高溫強度的韌性0.4MoNbxTaTi難熔高熵合金

3D打印動態(tài)
2021
09/30
11:00
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供稿人:孫嘯宇 張航
供稿單位:西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近來,,難熔高熵合金由于其在極高溫度下的應(yīng)用前景,正越來越受到人們的重視,。但是由于高溫下高強度與環(huán)境溫度下良好的塑性之間的不協(xié)調(diào)性,,使得難熔高熵合金的應(yīng)用受到很大限制。

南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的研究者們利用高熔點元素W,、Mo,、Nb、Ta,、Ti,,并采用真空電弧熔煉的方法制備了W0.4MoNbxTaTi(x=1.1,1.3,1.5)高熵合金。其表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫強度并且在室溫下也有非常好的強度和延展性,。 不同溫度下不同溫度下W0.4MoNbxTaTi合金的真實壓縮應(yīng)力—應(yīng)變曲線和熱壓微結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 W0.4MoNbxTaTi合金在不同溫度下的真實應(yīng)力—應(yīng)變曲線和掃描電鏡圖像
從圖中可以看出W0.4MoNbxTaTi合金在室溫下有良好的延展性,,斷裂應(yīng)變在32%—39%之間,,屈服強度分別為1412MPa(Nb1.1)、1334MPa(Nb1.3)和1312MPa(Nb1.5),。隨著溫度的升高,,屈服強度顯著下降,。這是因為高溫提供了能量,較高的能量會促進位錯甚至晶界的運動,,導(dǎo)致屈服強度的降低,。盡管強度降低,合金在1373K的時候仍保持高的屈服強度(Nb1.1 585MPa,;Nb1.3 425MPa,;Nb1.5 503MPa)。 右邊的掃描電鏡圖像可以看出裂紋開始于晶界,,然后沿晶界擴展,,同時一些裂紋擴展到晶粒中。隨著溫度的升高,,裂紋的擴展受到抑制,。在變形過程中,出現(xiàn)應(yīng)力集中,,導(dǎo)致局部能量急劇增加,。當(dāng)應(yīng)力集中達到一定值時,開始出現(xiàn)裂紋擴展,,釋放能量,。隨著測試溫度的升高,原子活性和位錯遷移率顯著升高,。因此,,局部應(yīng)力集中可以得到有效緩解,抑制裂紋的萌生和擴展,。

圖2為W0.4MoNbxTaTi合金與報道的其他高熵合金機械性能和比屈服強度的比較,,可以發(fā)現(xiàn)W0.4MoNbxTaTi合金不管在室溫下還是高溫下是強度和塑性的折中,具有廣闊的應(yīng)用前景,。


圖2 W0.4MoNbxTaTi合金與其他HEAs機械性能和比屈服強度的比較:(a)室溫,;(b)1073K;(c)1273K,;(d)比屈服強度的溫度相關(guān)性,;
參考文獻:
[1]Wei Wenchao,Wang Tao,Wang Chunyu,Wu Meng,Nie Yunpeng,Peng Jun. Ductile W0.4MoNbxTaTi refractory high-entropy alloys with excellent elevated temperature strength[J]. Materials Letters,2021,295.


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