北京理工大学:屈服MPa,延伸8%!开发具有室温拉伸延展性的高熵耐热合金!
导读:在难熔高熵合金(RHEAs)中添加抗氧化元素(如Al、Cr、Si)可提高其高温抗氧化性,但常降低室温延展性,这对RHEAs的进一步应用提出了极大挑战。在本研究确定了拉伸韧性TiVNbTa,将其与Si合金化,然后通过简单的热轧工艺使最初脆性的TiVNbTaSi0.1韧性化。热加工有效地细化了TiVNbTaSi0.1的微观结构并产生了高密度的纳米硅化物,这有助于达到前所未有的机械性能,即约MPa的屈服强度和约8%的拉伸延展性。与报道的延展性RHEA相比,TiVNbTaSi0.1以及TiVNbTa和TiVNbTaSi0均显示出优异的抗氧化性。TiVNbTaSi0.1的这些卓越性能凸显了其在高温应用中的巨大潜力。
近几十年来,对难熔高熵合金(RHEA)的研究越来越多,因为它们在高温下具有前所未有的强度,这对于在喷气发动机和发电中的应用非常有吸引力,以提高其效率。然而,大多数RHEA的延展性(即加工性)较差,室温下压缩断裂应变10%,这极大地阻碍了它们的应用。例如,NbMoTaW和VNbMoTaW在°C下可表现出高达MPa的屈服强度,远高于传统的镍基合金和难熔合金,但它们在环境压缩试验下仅显示约2%的断裂应变。已经付出了很多努力来开发可延展的RHEA。
HfNbTaTiZr及其衍生物包含Ti、Zr和/或Hf作为主要成分)是研究最广泛的RHEA,可以表现出出色的拉伸延展性,断裂应变约为15%。然而,这些合金显示有限的强度(~MPa),在高贫相稳定性/介质的温度,和甚至是灾难性的氧化的温度范围内-℃,这在高温下的应用中是不受欢迎的。最近,魏等人。设计了新型TiVNbHfRHEA,具有约16-22%的优异铸态拉伸延展性和高达约MPa的屈服强度。该体系的相稳定性和抗氧化性对Ti/V比敏感,与非等摩尔Ti38V15Nb23Hf24相比,等摩尔合金显示出较差的相稳定性和增加的氧化。TiVNbTaRHEAs是另一种据报道具有延展性的系统,因为它们具有高压缩应变极限(30%),尤其是断裂韧性四点弯曲试验表明,而这些合金的力学性能从未通过拉伸试验进行评估,其抗氧化性和高温相稳定性仍有待研究。
在本文中,北京理工大学使用拉伸试验仔细研究了等摩尔TiVNbTa和的TiVNbTaSiRHEA。硅作为添加剂,可以降低合金的密度,提高强度,提高合金的抗氧化性,在传统的难熔合金中得到了广泛的应用,如Nb-Si、Nb-钛硅,钼硅硼。纳米级硅化物的形成和分布在TiVNbTaSi中通过热加工得到有效控制,可以显着增强其强度-塑性协同作用。TiVNbTa首次被证明具有约14%的拉伸延展性。Si的添加可以有效地提高合金的抗氧化性和强度,同时由于形成硅化物共晶导致铸态脆性。相关研究成果以题“DesigningTiVNbTaSirefractoryhigh-entropyalloyswithambienttensileductility”发表在国际著名期刊Scriptamaterialia上。论文链接: