武汉理工《Scripta Mater》：高熵合金/碳化物超细共析结构提高高温强度
2024-10-12 11:26:41
作者：材料科学与工程 来源：材料科学与工程
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难熔合金因其出色的高温抗软化性能，在航空航天和武器装备的超高温部件中具有关键应用。传统合金和单相难熔高熵合金在高温下常面临微观结构不稳定和高温强度不足等难题。
近日，武汉理工大学沈强研究员和罗国强研究员小组通过引入层片状难熔碳化物，与合金形成微纳米尺度的共晶和共析结构，制获具有优异高温强度的MoNbWTaC高熵合金。合金含有稳定的BCC/FCC-MC共晶结构、BCC/HCP-M2C共晶结构和BCC/FCC-MC共析结构。金属与碳化物形成特定取向关系的低能界面，在高温变形过程中保持稳定，具有强位错阻碍效应。多主元引起的晶格畸变以及金属/碳化物界面的互锁作用，共同阻碍了相内和界面处的元素扩散。超细层间距的BCC/FCC-MC共析结构提供大量稳定异相界面，碳化物相在高温变形过程中承受高载荷，在细晶强化和第二相强化作用下显著提升MoNbWTaC合金的高温强度，合金在1473 K和1673 K的屈服强度分别高达1.17 GPa和0.92 GPa。开发超细共析结构为设计和制造下一代高性能难熔合金提供了一种新策略。相关研究成果以“Superior high-temperature strength of a carbide-reinforced high-entropy alloy with ultrafine eutectoid structure”为题发表在Scripta Materialia期刊。第一作者：汪潇，通讯作者：魏琴琴、孙一。通讯单位：武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室、湖北隆中实验室、武汉理工大学材料科学与工程学院。https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116393
图1铸态MoNbWTaC合金的微观结构：（a-b）XRD和SEM-BSE图，（c-d）共晶和共析结构的EBSD相图，反极图（IPF）和KAM图，（e）BCC和碳化物相的取向关系，（f）HAADF-STEM和EDX图，（g）BF-TEM和HRTEM图显示FCC-MC中的堆垛层错，（h）HRTEM和FFT图显示BCC/FCC-MC界面结构。
图2 MoNbWTaC合金的高温压缩性能：（a-b）工程和真实应力应变曲线，（c-d）MoNbWTaC 合金与已报道难熔合金的工程屈服强度和抗压强度的温度依赖性比较，表明MoNbWTaC高温强度优异。
图3 MoNbWTaC合金高温变形后的EBSD图：（a）共晶结构和（b）共析结构的相图，IPF和KAM图，（c）BCC和碳化物相的取向关系。
图4 1673 K变形的MoNbWTaC合金的TEM图：（a-b）HAADF-STEM和BF-TEM图，（c-d）HRTEM和FFT图表示稳定的异相界面，（e）强化机制示意图。
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