優れた高温強度を持つ強靭な0.4MoNbxTaTi耐火高エントロピー合金

優れた高温強度を持つ強靭な0.4MoNbxTaTi耐火高エントロピー合金
寄稿者: Sun Xiaoyu Zhang Hang 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室

最近、耐火性高エントロピー合金は、極めて高温での応用の可能性から、ますます注目を集めています。しかし、高温での高強度と常温での良好な可塑性は両立しないため、耐火高エントロピー合金の用途は大きく制限されています。

南京航空航天大学材料科学技術学院の研究者らは、高融点元素であるW、Mo、Nb、Ta、Tiを使用し、真空アーク溶解法を採用してW0.4MoNbxTaTi(x=1.1、1.3、1.5)高エントロピー合金を製造した。優れた高温強度を示し、室温でも非常に優れた強度と延性を備えています。 異なる温度における W0.4MoNbxTaTi 合金の真の圧縮応力-ひずみ曲線とホットプレスされた微細構造を図 1 に示します。

図1 異なる温度におけるW0.4MoNbxTaTi合金の真応力-ひずみ曲線と走査型電子顕微鏡画像。図から、W0.4MoNbxTaTi合金は室温で優れた延性を持ち、破壊ひずみは32%〜39%であり、降伏強度はそれぞれ1412MPa(Nb1.1)、1334MPa(Nb1.3)、1312MPa(Nb1.5)であることがわかります。温度が上昇すると、降伏強度は大幅に低下します。これは、高温によってエネルギーが供給され、より高いエネルギーによって転位や粒界の動きが促進され、降伏強度が低下するためです。強度が低下したにもかかわらず、合金は 1373K で依然として高い降伏強度を維持しています (Nb1.1 585MPa、Nb1.3 425MPa、Nb1.5 503MPa)。 右側の SEM 画像では、亀裂が粒界で始まり、粒界に沿って伝播し、一部の亀裂が粒内にまで及んでいることがわかります。温度が上昇すると、亀裂の伝播は抑制されます。変形の過程で応力集中が発生し、局所的なエネルギーが急激に増加します。応力集中が一定の値に達すると、亀裂の伝播が始まり、エネルギーが放出されます。試験温度が上昇すると、原子の活動と転位の移動度が大幅に増加します。そのため、局所的な応力集中を効果的に緩和し、亀裂の発生や伝播を抑制できます。

図2は、W0.4MoNbxTaTi合金の機械的特性と比降伏強度を他の報告されている高エントロピー合金と比較したものです。W0.4MoNbxTaTi合金は、室温と高温の両方で強度と可塑性のバランスが取れており、幅広い応用が期待できることがわかります。

図 2 W0.4MoNbxTaTi 合金と他の HEA の機械的特性および比降伏強度の比較: (a) 室温、(b) 1073K、(c) 1273K、(d) 比降伏強度の温度依存性、
参考文献:
[1]Wei Wenchao、Wang Tao、Wang Chunyu、Wu Meng、Nie Yunpeng、Peng Jun。優れた高温強度を備えた延性W0.4MoNbxTaTi耐火高エントロピー合金[J]。Materials Letters、2021、295。

合金、材料、高温

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