Динамічна деформація, пошкодження та руйнування високо-ентропійних сплавів серії HfZrTiTaAl

Aug 08, 2025 Залишити повідомлення

WechatIMG13

Високо{0}}ентропійні сплави — це новий тип сплаву, що складається з чотирьох або більше основних елементів в еквімолярних або майже еквімолярних пропорціях [1-2]. Завдяки своїй унікальній структурі та високим -ентропійним характеристикам вони демонструють кращі механічні властивості порівняно з традиційними сплавними матеріалами [3-7]. Концепція сплавів із високою-ентропією була вперше запропонована професором Jien-Wei Yeh з Тайваню в 2004 році [8]. Базуючись на концепції дизайну сплавів з високою-ентропією, Senkov et al. [9] одержали тугоплавкі високо-ентропійні сплави з тугоплавкими металевими елементами як основними компонентами. Ці сплави залишаються стабільними при високих температурах і мають високу міцність і щільність, що привертає широку увагу [10-11]. Gong Lei та ін. [12] досліджували механічні властивості четвертинного вогнетривкого високо-ентропійного сплаву CrMoNbV і виявили, що його межа текучості в квазі-статичних умовах становила 1410 МПа, з відносно невеликою пластичною деформацією та типовою морфологією руйнування розколу на поверхні зламу. Чжан та ін. [13] досліджували вплив вмісту Ti на механічні властивості високо-ентропійних сплавів CoCrMoNbTi. Серед них CoCrMoNbTi0.2 мав найкращі комплексні характеристики з міцністю на стиск і деформацією руйнування 1906 МПа і 5,07% відповідно. Регенберг та ін. [14] досліджували високо-ентропійні сплави MoNbVWTi, які мають високу межу текучості в квазі-статичних умовах, і на їх межу текучості в основному впливає вміст Mo та Nb, але вони мають низьку пластичність. Можна побачити, що незважаючи на те, що згадані вище тугоплавкі високо-ентропійні сплави мають високу міцність, їх пластичність у квазі-статичних умовах є поганою, що обмежує область їх застосування. Очікується, що додавання елементів групи IVB (Hf, Zr, Ti) покращить пластичність високо-ентропійних сплавів. Наприклад, HfZrTiTa [15], HfNbTaTiZr [16], HfNbTiZr [17], HfNbTiVZr [18]. Ці високо-ентропійні сплави можна застосовувати в середовищах динамічного навантаження, і їхня динамічна механічна поведінка привернула увагу. Діррас та ін. [19] вивчали механічну поведінку еквімолярних високо-ентропійних сплавів TiHfZrTaNb за різних швидкостей деформації. Межа текучості за швидкості деформації навантаження 3,4 × 103 с-1 була на 40% вищою, ніж за умов квазі-статичного навантаження. Більше того, із збільшенням швидкості деформації дисперсія смуг адіабатичного зсуву всередині зразків поступово зменшувалася, тобто щільність смуг зсуву поступово зменшувалася, а товщина збільшувалася. Чжан та ін. [20] розробили та підготували сплави з високою-ентропією HfZrTiTa. Межа текучості та деформація руйнування високо-ентропійного сплаву HfZrTiTa0,5 в умовах квазі-статичного навантаження становили 774 МПа та 13,5% відповідно. Його межа текучості показала значний ефект посилення швидкості деформації. Одночасно обговорено термопластичну нестабільність та адіабатичну зсувну чутливість сплаву при динамічному навантаженні. Пісня та ін. [21] виміряли межу текучості високо-ентропійного сплаву HfNbZrTi за квазі-статичних умов, яка становила 780 МПа. Коли швидкість деформації навантаження становила 3,0×103 с-1, його межа текучості зросла до 1380 МПа. Завдяки поєднанню експериментів і чисельного моделювання було виявлено, що розм’якшення пошкоджень було основним фактором формування адіабатичних смуг зсуву в цьому сплаві. Враховуючи, що Al має добру пластичність і завдяки ефекту коктейлю серед елементів у високо-ентропійних сплавах, очікується, що додавання Al додатково посилить здатність матеріалу до пластичної деформації [22]. У цій статті було розроблено та виготовлено новий високоентропійний сплав HfZrTiTaAl. Мікроструктуру сплаву характеризували методами рентгенівської дифракції (XRD), скануючої електронної мікроскопії (SEM), дифракції зворотного розсіювання електронів (EBSD) та трансмісійної електронної мікроскопії (TEM). Динамічні механічні властивості високоентропійного сплаву HfZrTiTaAl були систематично проаналізовані з використанням роздільного приладу тиску Гопкінсона (SHPB). Крім того, конститутивні параметри моделі Джонсона-Кука (JC) і параметри моделі пошкодження матеріалу були отримані шляхом чисельного моделювання, а також було проаналізовано поведінку деформації, пошкодження та руйнування матеріалу в умовах динамічного навантаження.