{首页主词},&

日本東北大學(xué)《Scripta》利用層錯(cuò)能的溫度依賴性提高孿晶誘導(dǎo)塑性高熵合金的屈服強(qiáng)度！

2022-04-21 16:43:51 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

導(dǎo)讀：近等原子單相孿晶誘導(dǎo)塑性（TWIP）高熵合金（HEA）表現(xiàn)出強(qiáng)度和延展性的良好結(jié)合，但其適度的屈服強(qiáng)度需要進(jìn)一步提高。本文提出了一種策略，利用層錯(cuò)能的溫度依賴性，在保持令人滿意的延展性的同時(shí)顯著提高它們的強(qiáng)度。低溫預(yù)變形引起的位錯(cuò)、馬氏體、納米孿晶和堆垛層錯(cuò)提高了代表性 TWIP HEA 的室溫強(qiáng)度。拉伸性能通過隨后的退火進(jìn)一步調(diào)整以獲得部分恢復(fù)或再結(jié)晶的微觀結(jié)構(gòu)。HEA 的室溫拉伸屈服強(qiáng)度從 275 MPa 增加到 1012 MPa，同時(shí)保持 21.9% 的伸長率。這項(xiàng)研究提出了通過調(diào)整子結(jié)構(gòu)來制造高級(jí) HEA 的可能性。

傳統(tǒng)合金，如鋼、鋁合金和鎂合金，通常使用含有少量其他元素的主體金屬來設(shè)計(jì)，以優(yōu)化它們的機(jī)械性能。相比之下，最近開發(fā)的高熵合金（HEA）包含多種主要金屬元素。CoCrFeMnNi 和 CoCrFeNi HEAs 的 SFE在室溫下測量為 27–30 mJ/m 2，其中機(jī)械孿晶在塑性變形過程中發(fā)生在 HEA 中，并且隨著 SFE 的進(jìn)一步降低，孿晶變得更優(yōu)選。此外，當(dāng) SFE 變得極低時(shí)，會(huì)發(fā)生FCC → 六方密排（HCP）應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體轉(zhuǎn)變（SIMT）。

日本東北大學(xué)材料研究所成功地通過預(yù)低溫變形來調(diào)節(jié)FCC 單相TWIP HEA的室溫拉伸性能，以引入缺陷并隨后在高溫（773-973 K）下退火以進(jìn)一步調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)。Co 35 Cr 25 Fe 20 Ni 20合金是在高純氬氣氣氛中通過高頻感應(yīng)熔煉和鑄造生產(chǎn)的。鑄態(tài)鋼錠在 1473 K 下均質(zhì)化 12 小時(shí)，然后水淬至 298 K。然后，在 1473 K 下軋制至 50% 的厚度壓下率，并在 298 下冷軋至 40% 的厚度壓下率K. 隨后，板材在 1173 K 下退火 30 分鐘，其中晶粒靜態(tài)再結(jié)晶，如圖1a 所示。平均晶粒尺寸為 21.7 μm（表示為），沒有觀察到明顯的紋理。然后，將退火板冷卻至 77 K 并冷凍軋制至厚度減少 10%、20% 和 30%，以下分別表示為 10% CR、20% CR 和 30% CR 樣品。對(duì)于 CR，樣品夾在兩塊鋼板之間并浸入液氮中5分鐘，然后立即滾動(dòng)。這有助于降低溫升。每道次將樣品軋制約 5% 的厚度。

FCC → HCP 應(yīng)變誘導(dǎo)在低溫下發(fā)生轉(zhuǎn)變，這在室溫環(huán)境溫度下尚未觀察到。此外，HCP→FCC熱活化在高溫下發(fā)生轉(zhuǎn)變。這些結(jié)果表明 HEA 的相穩(wěn)定性、SFE和可塑性行為與溫度有關(guān)。低溫變形引起的位錯(cuò)和隨后的部分再結(jié)晶有助于提高屈服強(qiáng)度，這是定量估計(jì)的。此外，HCP 馬氏體、孿晶和堆垛層錯(cuò)也對(duì)強(qiáng)度有貢獻(xiàn)。通過熱處理可以進(jìn)一步調(diào)整強(qiáng)化效果。屈服強(qiáng)度從 275 MPa（軋制前）增加到 1012 MPa（20%）和 1189 MPa（30%），同時(shí)保持 12.5 和 21.9% 的伸長率。在 873 K 退火 1 h 后，屈服強(qiáng)度和伸長率分別為 826.9 MPa 和 42.6%。本研究通過調(diào)節(jié)低溫預(yù)變形引起的缺陷，揭示了一種有效的高性能單相 HEA 制造方法。相關(guān)研究成果以題“Regulation of strength and ductility of single-phase twinning-induced plasticity high-entropy alloys”發(fā)表在國際著名期刊Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646222002354#fig0001

圖1c 顯示了CR 前、CR 后（10%、20%、30%）和 HT 后（HT1、HT2、HT3）樣品的ND曲線，表明了沿軋制方向的顯微組織。HEA的晶格參數(shù)為3.5637 ?。樣品在 CR 之前為 FCC 單相，但在 CR 之后形成了 HCP 相，表明發(fā)生了 FCC → HCP SIMT。然而，在室溫下變形過程中不會(huì)發(fā)生 SIMT。圖2c 顯示了 HCP 相的體積分?jǐn)?shù)（vol.%），在 30% CR 樣品中達(dá)到了 39.3 vol.% 的值，但在 773 K 退火 1 h 后降至 31.3%。在 HT1 樣品中，HCP 相部分轉(zhuǎn)化為 FCC 相。然而，在HT2和HT3樣品中沒有檢測到HCP相，表明HCP→FCC轉(zhuǎn)化完成。圖 2 d 顯示了維氏硬度。 CR前試樣的硬度為162 HV，CR后分別增加到284.9 HV（10%）、390.5 HV（20%）和420.7 HV（30%）。

圖 1。（a） EBSD反極圖（IPF）圖顯示了CR 之前Co 35 Cr 25 Fe 20 Ni 20 HEA的晶粒形態(tài)。（b） ND測量的說明。（c） CR 之前、CR 之后和 HT 之后樣品的 ND 曲線。CR的應(yīng)變分別為10%、20%和30%。HT 溫度為 773 K （HT1）、873 K （HT2）和 973 K （HT3）。

圖 2。（a）堆垛層錯(cuò)概率（P SF ），（b）位錯(cuò)密度，（c） HCP 相的體積分?jǐn)?shù)，和（d） Co 35 Cr 25 Fe 20 Ni 20 HEA在 CR 之后的維氏硬度，以及隨后的 HT 773 K 1 小時(shí) （HT1）、873 K 1 小時(shí) （HT2）和 973 K 1 小時(shí) （HT3）。

圖 3a顯示了10% CR 樣品（圖 3a）、10% CR + HT2 樣品（圖3b）和 10% CR + HT3 樣品（圖 3 c）。在圖 3a中觀察到高密度的非常薄的 HCP-馬氏體。HCP 階段遵循與 FCC 矩陣的方向關(guān)系，描述為 {111} FCC // （0001） HCP , <110> FCC // [110] HCP 。取向關(guān)系與鈷基合金和HEA中的取向關(guān)系一致。除了 HCP-馬氏體，樣品中還形成了SFs 。

圖 3。Co 35 Cr 25 Fe 20 Ni 20 HEA （a）在 10% CR 后的 TEM 明場圖像和選區(qū)衍射圖，以及（b） 873 K 1 小時(shí)和（c） 973 K 1 小時(shí)的 HT .

圖 4a -c 顯示了 CR（圖4a）、HT2 和 HT3 樣品（圖4b）的室溫拉伸性能，以及它們的比較（圖4c）。還插入了 CR 之前樣品的拉伸性能作為參考，其中屈服強(qiáng)度和極限拉伸強(qiáng)度（UTS）因 CR 顯著升高；屈服強(qiáng)度從 275.5 MPa（CR 前）增加到 642.9 MPa（10% CR）、1012.1 MPa（20% CR）和 1189.6 MPa（30% CR）。

圖 4。Co 35 Cr 25 Fe 20 Ni 20 HEA的室溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（a）在 CR 之前和之后，和（b）在 HT 之后在 873 K 和 973 K 1 小時(shí)。（c）屈服強(qiáng)度和UTS的比較。（d）貢獻(xiàn)屈服強(qiáng)度的增量的樣本。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。