難熔高熵合金的微結構設計增韌

供稿人:趙懿臻、張航
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

難熔高熵合金（RHEAs）通常在高溫下會表現(xiàn)出極高的屈服強度，但在室溫下塑性較差。塑性差的原因是合金的連續(xù)基體是有序的B2相。V. Soni1,2, O. N. Senkov，等人基于Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr高熵合金提出了一種新的高熵合金微觀結構工程方法，將離散的B2析出物分散在連續(xù)的BCC基體中，形成“倒置”的BCC +B2微觀結構，從而提高了室溫壓縮延性，同時在室溫和高溫下都保持了較高的屈服強度。

簡單來說就是，通過三種熱處理條件來控制BCC +B2微觀結構從而提高材料韌性。具體的處理條件如下。條件一：Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr在鑄態(tài)、熱等靜壓和均勻化(1200℃/24小時/慢冷)。條件二：在條件一的基礎上1400°C退火20 min之后水淬。條件三：在條件二的基礎上進行退火600°C持續(xù)120小時然后進行水淬。

各條件熱處理之后的合金組織圖片如圖一所示：

圖一：各條件背散射組織、超點陣、及原子探針圖片

從圖一可以看出經過條件一的處理之后Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr的晶粒大小為100um，顯微組織為極細的網格狀，網格間隙為20nm，主要為無序的5Al-27Nb-18Ta-11Zr-33Ti-6V BCC相，網格寬度為2nm主要為20Al-10Nb-4Ta-31Zr-31Ti-4V B2相。經條件二處理之后，晶粒大小增加為150um并且網格狀結構的B2相已經不再明顯。條件三處理之后的組織形貌與條件一類似，晶粒大小仍為150um但是B2相網格狀間隙增加為50nm，并且BCC及B2相的成分相對于條件一也發(fā)生了變化分別為B2:33Al-2Nb-11Ti-54Zr 、BCC: 2Al-25Nb-12Ta-37Ti-8V-16Zr。

三個條件（1）（2）（3）下的合金材料壓縮性能入圖二所示?？梢钥闯鰲l件一下的Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr合金在常溫下雖然壓縮極限強度均為最高為2035Mpa，但是延伸率僅為4.7%。經過條件二處理之后的壓縮屈服強度有大幅下降為1065Mpa但是延伸率高達60%。條件三下的Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr合金壓縮屈服強度為1220Mpa，極限壓縮強度為1772Mpa，延伸率為16.9%。

圖二：三個條件下的常溫及600℃高溫下的壓縮性能

因此從上述過程中可以看出雖然原始的鑄造Al0.5NbTa0.8Ti1.5V0.2Zr合金雖然延展性很低，但是經過不同的熱處理之后，會形成不同晶粒大小和不同形貌的顯微組織結構。從而可以在保證高強度的情況下提高塑性。這一點為其他種類的高熔點高熵合金提供了室溫增韌的新思路。

參考文獻：
Soni V , Senkov O N , Gwalani B , et al. Microstructural Design for Improving Ductility of An Initially Brittle Refractory High Entropy Alloy[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1):8816-.