Dynamisk deformation, skada och felbeteende hos HfZrTiTaAl-seriens hög-entropilegeringar

Aug 08, 2025 Lämna ett meddelande

WechatIMG13

Hög-entropilegeringar är en ny typ av legeringsmaterial som består av fyra eller flera huvudelement i ekvimolära eller nära ekvimolära proportioner [1-2]. På grund av sin unika struktur och höga-entropiegenskaper uppvisar de överlägsna mekaniska egenskaper jämfört med traditionella legeringsmaterial [3-7]. Konceptet med hög-entropilegeringar föreslogs först av professor Jien-Wei Yeh från Taiwan 2004 [8]. Baserat på designkonceptet med hög-entropilegeringar, Senkov et al. [9] preparerade eldfasta hög-entropilegeringar med eldfasta metallelement som huvudkomponenter. Dessa legeringar förblir stabila vid höga temperaturer och har hög hållfasthet och densitet, vilket väcker stor uppmärksamhet [10-11]. Gong Lei et al. [12] studerade de mekaniska egenskaperna hos den kvaternära CrMoNbV eldfasta hög-entropilegeringen och fann att dess sträckgräns under kvasi-statiska förhållanden var 1 410 MPa, med relativt liten plastisk deformation och en typisk klyvningsbrottmorfologi vid sprickytan. Zhang et al. [13] undersökte effekten av Ti-innehåll på de mekaniska egenskaperna hos CoCrMoNbTi-legeringar med hög-entropi. Bland dem hade CoCrMoNbTi0.2 den bästa omfattande prestandan, med tryckhållfasthet och brotttöjning på 1 906 MPa respektive 5,07 %. Regenberg et al. [14] studerade MoNbVWTi hög-entropilegeringar, som har hög sträckgräns under kvasi-statiska förhållanden, och deras sträckgräns påverkas huvudsakligen av innehållet av Mo och Nb, men de har dålig duktilitet. Det kan ses att även om de eldfasta hög-entropilegeringar som nämns ovan har hög hållfasthet, är deras plasticitet under kvasi-statiska förhållanden dålig, vilket begränsar deras användningsområde. Genom att lägga till IVB-grupp (Hf, Zr, Ti) element förväntas det förbättra plasticiteten hos hög-entropilegeringar. Till exempel HfZrTiTa [15], HfNbTaTiZr [16], HfNbTiZr [17] och HfNbTiVZr [18]. Dessa hög-entropilegeringar kan användas i dynamiska belastningsmiljöer, och deras dynamiska mekaniska beteenden har väckt uppmärksamhet. Dirras et al. [19] studerade det mekaniska beteendet hos ekvimolära TiHfZrTaNb hög-entropilegeringar under olika töjningshastigheter. Sträckgränsen vid en belastningstöjningshastighet på 3,4×103 s-1 var 40 % högre än under kvasi-statiska belastningsförhållanden. Dessutom, när töjningshastigheten ökade, minskade spridningen av de adiabatiska skjuvbanden inuti proverna gradvis, det vill säga skjuvbandens densitet minskade gradvis och tjockleken ökade gradvis. Zhang et al. [20] designade och preparerade HfZrTiTa hög-entropilegeringar. Sträckgränsen och brotttöjningen för HfZrTiTa0.5 hög-entropilegering under kvasi-statiska belastningsförhållanden var 774 MPa respektive 13,5 %. Dess sträckgräns visade en signifikant töjningshastighetsförstärkande effekt. Samtidigt diskuterades den termiska plastiska instabiliteten och adiabatisk skjuvkänslighet hos legeringen under dynamisk belastning. Song et al. [21] mätte sträckgränsen för HfNbZrTi hög-entropilegering under kvasi-statiska förhållanden till 780 MPa. När belastningstöjningshastigheten var 3,0×103 s-1 ökade dess sträckgräns till 1 380 MPa. Genom en kombination av experiment och numeriska simuleringar fann man att skademjukning var huvudfaktorn i bildandet av adiabatiska skjuvband i denna legering. Med tanke på att Al har god plasticitet och på grund av cocktaileffekten bland element i hög-entropilegeringar, förväntas tillsats av Al ytterligare förbättra materialets plastiska deformationsförmåga [22]. I detta dokument designades och tillverkades en ny HfZrTiTaAl-legering med hög entropi. Legeringens mikrostruktur karakteriserades av röntgendiffraktion (XRD), svepelektronmikroskopi (SEM), elektronbackscatter-diffraktion (EBSD) och transmissionselektronmikroskopi (TEM). De dynamiska mekaniska egenskaperna hos högentropilegeringen HfZrTiTaAl analyserades systematiskt med hjälp av en split Hopkinson-tryckstångsanordning (SHPB). Dessutom erhölls Johnson-Cook (JC) konstitutiva modellparametrar och materialskademodellparametrar genom numerisk simulering, och materialets deformation, skada och brottbeteende under dynamiska belastningsförhållanden analyserades.