【優(yōu)秀文章分享】Ti 含量對(duì) TiZrNbMoV 難熔高熵合金組織與力學(xué)性能的影響前言 難熔高熵合金主要由難熔元素組成，輔以少量其他元素以滿足性能要求。一些難熔高熵合金在室溫下的強(qiáng)度和塑性有待提高。研究表明，Ti 元素有望使合金的強(qiáng)度和塑性全面提升。本文通過改變鈦元素的含量制備了 5 種新型難熔高熵合金 TixZrNbMoV（x 為 0、0.5、1.0、1.5、2.0），研究 Ti 含量變化對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。 實(shí)驗(yàn)材料與方法 試驗(yàn)用材為 TixZrNbMoV 高熵合金，經(jīng)電弧熔煉爐澆鑄成鑄錠并通過水冷銅模吸鑄成棒狀試樣，再加工成小圓柱體。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 合金的相組成 通過 XRD 圖譜分析可知，Ti0 和 Ti0.5 合金中有 V2Zr 相產(chǎn)生，隨著鈦含量的增加（Ti1.0 ~ Ti2.0），合金均表現(xiàn)為單一的 BCC 結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?Ti 元素的加入使得合金的原子半徑差減小，形成單一的 BCC 固溶體結(jié)構(gòu)。  合金的顯微組織和成分分布 合金均呈現(xiàn)典型的枝晶結(jié)構(gòu)，由淺灰色區(qū)域（枝晶）和深灰色區(qū)域（枝晶間）組成。隨著 Ti 含量的增加，枝晶由粗大變細(xì)化，再轉(zhuǎn)為短小圓潤。Mo、Nb 主要集中在枝晶區(qū)域，Zr 集中在枝晶間區(qū)域，V 在枝晶間較多，Ti 呈現(xiàn)均勻分布。 合金的力學(xué)性能 Ti0 合金表現(xiàn)為脆性斷裂特征，壓縮強(qiáng)度值高達(dá) 1654MPa，但壓縮應(yīng)變僅約為 0.2%。隨著 Ti 含量的增加，合金的屈服強(qiáng)度逐漸下降，但塑性持續(xù)提升。當(dāng) x = 1.5 時(shí)，Ti1.5ZrNbMoV 合金展現(xiàn)出最為優(yōu)越的綜合力學(xué)性能，其屈服強(qiáng)度及塑性應(yīng)變依次是 1451MPa 和 26.5%。這是因?yàn)?Ti 元素的添加抑制了復(fù)雜相的產(chǎn)生，造成屈服強(qiáng)度的下降，但原子半徑差的降低使得位錯(cuò)更容易滑動(dòng)，導(dǎo)致合金的塑性升高。  Ti0 合金的微觀組織形貌主要表現(xiàn)為沿晶斷裂，Ti0.5 合金的微觀組織形貌表現(xiàn)為解理斷裂。 結(jié)論 相成形經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則與 TiZrNbMoV 系難熔高熵合金的相組成實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合。隨著 Ti 含量的增加，相結(jié)構(gòu)由多相變?yōu)閱我坏?BCC 相，說明 Ti 含量的變化能夠抑制合金中 V2Zr 相的產(chǎn)生。 TixZrNbMoV 系難熔高熵合金的顯微組織為枝晶結(jié)構(gòu)，Ti 元素的添加使枝晶由粗變細(xì)，之后再轉(zhuǎn)為短小圓潤，最后又增大。合金的元素分布情況是熔化溫度較高的 Mo 和 Nb 主要集中在枝晶區(qū)域，而熔點(diǎn)較低的 Zr 和 V 則分布在枝晶間區(qū)域，Ti 呈現(xiàn)均勻分布。 隨著 Ti 含量的增加，合金的維氏硬度和屈服強(qiáng)度逐漸下降，但塑性持續(xù)升高。這是由于 V2Zr 的消失、合金的固溶強(qiáng)化效果減弱以及原子半徑差的降低所導(dǎo)致的。 Ti1.5ZrNbMoV 難熔高熵合金的屈服強(qiáng)度和塑性應(yīng)變分別為 1451MPa 和 26.5%，與其他難熔高熵合金相比，展現(xiàn)出較為優(yōu)異的強(qiáng)度 - 塑性匹配。 參考文獻(xiàn)： 【Ti 含量對(duì) TiZrNbMoV 難熔高熵合金組織與力學(xué)性能的影響】 文章編號(hào): 1671-5276( 2024) 05-0033-04 |
