0.5K！首次報道一種中熵合金極低溫下力學(xué)性能！
2021-10-29 17:09:34
作者： 材料科學(xué)與工程 來源： 材料科學(xué)與工程
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日前，來自韓國浦項理工大學(xué)的Hyoung Seop Kim等研究者，報道了一種中熵合金從室溫直到0.5K低溫下的力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)特征。相關(guān)論文以題為“Deformation behaviorof a Co-Cr-Fe-Ni-Mo medium-entropy alloy at extremely low temperatures”發(fā)表在Materials Today上。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702121002789
在過去的二十年中，人們開發(fā)出了新的高、中熵合金（HEAs和MEAs），這一領(lǐng)域的研究正在蓬勃發(fā)展。HEAs/MEAs的定義一般是根據(jù)合金的構(gòu)型熵來定義的。在這些材料中，面心立方（FCC） HEAs/MEAs，在低溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，這是由于缺陷、變形誘發(fā)孿晶和/或變形誘發(fā)馬氏體相變（DIMT）的強化作用。特別是，通過化學(xué)成分和變形溫度控制相穩(wěn)定性的DIMT的“亞穩(wěn)態(tài)工程”方法已廣泛應(yīng)用于新型HEAs/MEAs的設(shè)計。近年來，人們研制出了在77 K下，具有良好應(yīng)變硬化和抗拉強度特性的亞穩(wěn)態(tài)亞鐵MEAs。這些性質(zhì)，被認為是FCC到體心立方（BCC）晶體結(jié)構(gòu)的DIMT的結(jié)果。
在更低溫度下，對HEAs/MEAs的力學(xué)響應(yīng)的興趣，是由它們在外層空間應(yīng)用結(jié)構(gòu)中的潛在用途驅(qū)動的。注意，與宇宙微波背景有關(guān)的外層空間的平均溫度是2.725 K。
在此，研究者報道了雙相MEA Co17.5Cr12.5Fe55Ni10Mo5（原子百分比，at %， Mo5），從室溫至0.5 K的寬溫度范圍下的力學(xué)性能和變形誘導(dǎo)的組織演變。這是關(guān)于兩相HEA/MEA，首次報道了在這個創(chuàng)紀錄的低溫下的力學(xué)響應(yīng)，它補充了在0.5 K下單相HEA和MEA的稀缺數(shù)據(jù)。在研究的整個溫度范圍內(nèi)，該合金表現(xiàn)出優(yōu)異的強度和塑性，并具有較高的應(yīng)變硬化速率。其屈服強度、抗拉強度、應(yīng)變硬化能力和吸收的機械能等性能，均優(yōu)于大多數(shù)低溫合金和HEAs。在考慮的極低溫度區(qū)間（0.5-4.2 K）內(nèi)，該合金表現(xiàn)出幾個不同尋常的特征，包括屈服強度和拉伸延性的溫度依賴異常，不連續(xù)塑性變形（DPF），以及變形誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變傾向的變化等。
圖1 Mo5合金的初始組織和低溫力學(xué)性能。
圖2 低溫變形Mo5合金的EBSD相圖。
圖3 Mo5合金在4.2 K下變形的TEM圖像。
圖4 BCC相分數(shù)和位錯密度隨真應(yīng)變、、和溫度的變化。
圖5 Mo5合金在77 K-0.5 K變形后斷口的SEM圖像。
圖6 采用TEM雙束成像技術(shù)分析了4.2K變形Mo5合金的位錯特征。
圖7 Mo5合金的熱力學(xué)計算結(jié)果和主要的溫度依賴機制。
圖8 Mo5合金的力學(xué)特性與其他HEAs和MEAs（文獻匯編）以及傳統(tǒng)FCC合金的力學(xué)特性相比較。
綜上所述，研究者系統(tǒng)研究了極低變形溫度（0.5 K）下Mo5合金的力學(xué)性能和微觀組織演變。基于材料在所研究溫度下的熱-力學(xué)耦合假設(shè)，闡明了馬氏體分數(shù)的特殊趨勢和位錯密度的非單調(diào)演化等不尋常的特征。可以得出以下結(jié)論：
1. 中熵合金Mo5在液氮和液氦溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。
2. 由于由FCC向BCC的變形誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，或者在較小程度上是HCP晶體結(jié)構(gòu)，Mo5合金具有優(yōu)異的低溫力學(xué)性能，包括高屈服強度（1075 MPa）和良好的應(yīng)變硬化能力，在4.2 K時，抗拉強度高達1651 MPa。
3. 首次在0.5 K的低溫條件下研究了雙相MEA的力學(xué)性能。
4. 在4.2 K以下的溫度范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了四種特征現(xiàn)象，即非連續(xù)塑性變形、屈服強度和塑性的溫度異常和變形誘發(fā)馬氏體相變的溫度依賴異常。
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標簽： 中熵合金, 力學(xué)性能, 微觀結(jié)構(gòu)
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