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  • 北理《Scripta Mater》:具有良好室温塑性的难熔高熵合金

    作者:admin发表时间:2022-04-04

      近几十年来,难熔高熵合金(RHEAs)因其在高温下具有前所未有的强度而受到越来越多的关注,这对于喷气发动机和发电领域非常有吸引力,可以提高效率。然而,大多数RHEAs的延性较差,在室温下的压缩断裂应变为10%,这严重阻碍了其应用。现阶段在改善延性方面已经付出了很多努力。HfNbTaTiZr系列(以Ti、Zr和/或Hf为主要元素)是目前研究最广泛的具有优异拉伸韧性的RHEAs,其断裂应变为15%。然而,这些合金表现出有限的强度(950MPa),在高/中温下的相稳定性差,甚至在600-1000℃范围内存在氧化现象,这不利于高温应用。TiVNbTa RHEAs是另一种高压缩应变极限的合金系列,其抗氧化性和高温相稳定性有待进一步研究。

      研究发现铸态EM和Si01具有相似的枝晶组织。在EM中,Ta富集在枝晶中,低熔点的Ti和V富集在枝晶间,Nb几乎均匀分布,在枝晶中略有富集;在Si01中,枝晶中元素分布与EM基本相同,分布有BCC/M5Si3共晶相,M5Si3相平均组成为Ti33.56V9.29Nb18.51Ta4.16Si34.49(原子百分比)。在1000℃以下,EM和HR85中没有出现突变氧化和相变。等摩尔TiVNbTa (EM)的屈服强度为720MPa,拉伸伸长率为14%,随着Si的加入,铸态Si01的屈服强度提高到1120MPa,而塑性下降至1.4%,HR60和HR80的屈服强度分别为1350MPa和1400MPa,拉伸伸长率分别为2.1%和4.2%。变形至85%进一步提高了HR85的延性至8%,并保持了1250MPa的屈服强度。

      综上所述,本文对等摩尔的TiVNbTa和TiVNbTaSi RHEAs进行了研究。首次证实了TiVNbTa的拉伸伸长率为14%,硅的加入可以有效地提高合金的抗氧化性和强度,但在铸态时由于共晶含硅相的形成而导致脆性增加。通过简单的热轧工艺,诱导纳米硅化物析出,显著细化组织,解决了TiVNbTaSi0.1合金的抗氧化性能/强度-塑性之间的权衡问题,得到了拉伸屈服强度为1250MPa,塑性为8%的合金。在500℃以上的温度下,TiVNbTa和TiVNbTaSiRHEAs均表现出良好的相稳定性,本研究突出证明了具有优异性能的TiVNbTaSi0.1在高温应用方面的巨大潜力。(文:破风)

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