具有優(yōu)異高溫強(qiáng)度的韌性0.4MoNbxTaTi難熔高熵合金

供稿人：孫嘯宇 張航
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

近來(lái)，難熔高熵合金由于其在極高溫度下的應(yīng)用前景，正越來(lái)越受到人們的重視。但是由于高溫下高強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度并且在室溫下也有非常好的強(qiáng)度和延展性。 不同溫度下不同溫度下W0.4MoNbxTaTi合金的真實(shí)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(shí)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?cè)?2%—39%之間，屈服強(qiáng)度分別為1412MPa（Nb1.1）、1334MPa（Nb1.3）和1312MPa（Nb1.5）。隨著溫度的升高，屈服強(qiáng)度顯著下降。這是因?yàn)楦邷靥峁┝四芰�，較高的能量會(huì)促進(jìn)位錯(cuò)甚至晶界的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度的降低。盡管強(qiáng)度降低，合金在1373K的時(shí)候仍保持高的屈服強(qiáng)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(kuò)展，同時(shí)一些裂紋擴(kuò)展到晶粒中。隨著溫度的升高，裂紋的擴(kuò)展受到抑制。在變形過(guò)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(dá)到一定值時(shí)，開始出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展，釋放能量。隨著測(cè)試溫度的升高，原子活性和位錯(cuò)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(kuò)展。

圖2為W0.4MoNbxTaTi合金與報(bào)道的其他高熵合金機(jī)械性能和比屈服強(qiáng)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(qiáng)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(jī)械性能和比屈服強(qiáng)度的比較：（a）室溫；（b）1073K；（c）1273K；（d）比屈服強(qiáng)度的溫度相關(guān)性；
參考文獻(xiàn)：
[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.