一种新型难熔高熵合金HfMoScTaZr的组织和力学性能

3D打印科研前沿
2021
10/12
16:23
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供稿人:孙啸宇 张航
供稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

湖南工业大学的研究者为了开发低密度、高强度、高塑性和优异高温性能的高熵合金,利用金属Sc具有熔点高、塑性好、密度低的优点,把Sc与Hf、Mo、Ta、Zr金属等摩尔混合,并采用真空电弧熔炼的制备方法,得到了一种具有较高强度、塑性以及良好高温性能的新型难熔高熵合金——HfMoScTaZr。通过添加金属元素Sc,不仅可以大大降低合金的密度,而且可以提高合金的高温强度、结构稳定性、可焊性和耐腐蚀性,并且可以避免材料在高温工作条件下的脆化。

XRD实验结果证明,这种新型难熔高熵合金的组织是单一BCC结构的固溶体相,并且在加热到1300℃的过程中无新的相生成。通过SEM扫描电子显微镜和EDS能谱分析发现合金的显微组织和成分分布均匀,具有良好的强韧性结合。合金在室温、800℃、1000℃和1200℃下的压缩屈服强度分别为1778、1118、963和498MPa(如表1所示),与报道中的HfMoNbTaTiZr相比无论是在室温下还是在高温下都有明显得优势。另外合金的维氏显微硬度约为9400MPa,室温压缩变形率大于42%,且合金的强化机制是固溶强化。

通过压缩试验得到的HfMoScTaZr合金工程应力—应变曲线如下图1所示,图中数据记录在表1中。

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图1 在室温(25℃)、800℃、1000℃、1200℃下HfMoScTaZr合金的压缩试验工程应力—应变曲线
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表1 HfMoScTaZr合金在不同温度下的屈服强度和断裂应变
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图2为HfMoScTaZr合金与HfMoNbTaTiZr合金以及两种传统超合金性能对比图。
从图2可以看出新设计的HfMoScTaZr合金不管在常温下还是高温下,相较于报道的HfMoNbTaTiZr与目前应用广泛的两款高温合金,在性能上都有了较大提高,有望用于航天飞机、火箭等高层次制造行业。

参考文献:
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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