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一種新型難熔高熵合金HfMoScTaZr的組織和力學性能

一種新型難熔高熵合金HfMoScTaZr的組織和力學性能

供稿人:孫嘯宇 張航 供稿單位:西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室  發布日期:2021-09-29
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湖南工業大學的研究者為了開發低密度、高強度、高塑性和優異高溫性能的高熵合金,利用金屬Sc具有熔點高、塑性好、密度低的優點,把Sc與Hf、Mo、Ta、Zr金屬等摩爾混合,并采用真空電弧熔煉的制備方法,得到了一種具有較高強度、塑性以及良好高溫性能的新型難熔高熵合金——HfMoScTaZr。通過添加金屬元素Sc,不僅可以大大降低合金的密度,而且可以提高合金的高溫強度、結構穩定性、可焊性和耐腐蝕性,并且可以避免材料在高溫工作條件下的脆化。

XRD實驗結果證明,這種新型難熔高熵合金的組織是單一BCC結構的固溶體相,并且在加熱到1300℃的過程中無新的相生成。通過SEM掃描電子顯微鏡和EDS能譜分析發現合金的顯微組織和成分分布均勻,具有良好的強韌性結合。合金在室溫、800℃、1000℃和1200℃下的壓縮屈服強度分別為1778、1118、963和498MPa(如表1所示),與報道中的HfMoNbTaTiZr相比無論是在室溫下還是在高溫下都有明顯得優勢。另外合金的維氏顯微硬度約為9400MPa,室溫壓縮變形率大于42%,且合金的強化機制是固溶強化。

通過壓縮試驗得到的HfMoScTaZr合金工程應力—應變曲線如下圖1所示,圖中數據記錄在表1中。

圖1 在室溫(25℃)、800℃、1000℃、1200℃下HfMoScTaZr合金的壓縮試驗工程應力—應變曲線
表1 HfMoScTaZr合金在不同溫度下的屈服強度和斷裂應變
圖2為HfMoScTaZr合金與HfMoNbTaTiZr合金以及兩種傳統超合金性能對比圖。

從圖2可以看出新設計的HfMoScTaZr合金不管在常溫下還是高溫下,相較于報道的HfMoNbTaTiZr與目前應用廣泛的兩款高溫合金,在性能上都有了較大提高,有望用于航天飛機、火箭等高層次制造行業。

參考文獻:

  1. Nie X.W.,Cai M.D.,Cai S.. Microstructure and mechanical properties of a novel refractory high entropy alloy HfMoScTaZr[J]. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2021,98(prepublish).
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