Dynamická deformácia, poškodenie a správanie pri porušení vysoko{0}}entropických zliatin série HfZrTiTaAl

Aug 08, 2025 Zanechajte správu

WechatIMG13

Zliatiny s vysokou{0}}entropiou sú novým typom zliatinového materiálu zloženého zo štyroch alebo viacerých hlavných prvkov v ekvimolárnych alebo takmer ekvimolárnych pomeroch [1-2]. Vďaka svojej jedinečnej štruktúre a vysokej-entropii vykazujú vynikajúce mechanické vlastnosti v porovnaní s tradičnými zliatinovými materiálmi [3-7]. Koncept vysoko-entropických zliatin prvýkrát navrhol profesor Jien{14}}Wei Yeh z Taiwanu v roku 2004 [8]. Na základe koncepcie dizajnu vysoko{20}}entropických zliatin Senkov a kol. [9] pripravili žiaruvzdorné vysoko{21}}entropické zliatiny so žiaruvzdornými kovovými prvkami ako hlavnými komponentmi. Tieto zliatiny zostávajú stabilné pri vysokých teplotách a majú vysokú pevnosť a hustotu, čím priťahujú širokú pozornosť [10-11]. Gong Lei a kol. [12] študovali mechanické vlastnosti kvartérnej žiaruvzdornej vysoko-entropickej zliatiny CrMoNbV a zistili, že jej medza klzu za kvázi-statických podmienok bola 1 410 MPa, s relatívne malou plastickou deformáciou a typickou morfológiou štiepneho lomu na povrchu lomu. Zhang a kol. [13] skúmali vplyv obsahu Ti na mechanické vlastnosti CoCrMoNbTi vysoko-entropických zliatin. Spomedzi nich mal najlepší komplexný výkon CoCrMoNbTi0,2 s pevnosťou v tlaku a lomovou deformáciou 1 906 MPa a 5,07 %. Regenberg a kol. [14] študovali vysoko-entropické zliatiny MoNbVWTi, ktoré majú vysokú medzu klzu v kvázi{42}}statických podmienkach a ich medza klzu je ovplyvnená najmä obsahom Mo a Nb, ale majú zlú ťažnosť. Je možné vidieť, že hoci žiaruvzdorné vysoko-entropické zliatiny uvedené vyššie majú vysokú pevnosť, ich plasticita v kvázi{53}}statických podmienkach je nízka, čo obmedzuje rozsah ich použitia. Očakáva sa, že pridaním prvkov skupiny IVB (Hf, Zr, Ti) sa zlepší plasticita zliatin s vysokou-entropiou. Napríklad HfZrTiTa [15], HfNbTaTiZr [16], HfNbTiZr [17] a HfNbTiVZr [18]. Tieto zliatiny s vysokou{64}}entropiou sa dajú použiť v prostrediach dynamického zaťaženia a ich dynamické mechanické správanie priťahuje pozornosť. Dirras a kol. [19] študovali mechanické správanie ekvimolárnych zliatin TiHfZrTaNb s vysokou-entropiou pri rôznych rýchlostiach deformácie. Medza klzu pri rýchlosti deformácie pri zaťažení 3,4 x 103 s-1 bola o 40 % vyššia ako pri kvázi{76}}statických podmienkach zaťaženia. Navyše, ako sa rýchlosť deformácie zvyšovala, disperzia adiabatických šmykových pásov vo vzorkách postupne klesala, to znamená, že hustota šmykových pásov sa postupne znižovala a hrúbka sa postupne zvyšovala. Zhang a kol. [20] navrhli a pripravili zliatiny HfZrTiTa s vysokou-entropiou. Medza klzu a lomová deformácia vysoko-entropickej zliatiny HfZrTiTa0,5 v podmienkach kvázi{90}}statického zaťaženia boli 774 MPa a 13,5 %. Jeho medza klzu vykazovala významný účinok zosilňovania rýchlosti deformácie. Zároveň bola diskutovaná tepelná plastická nestabilita a adiabatická šmyková citlivosť zliatiny pri dynamickom zaťažení. Song a spol. [21] namerali medzu klzu vysoko-entropickej zliatiny HfNbZrTi za kvázi{94}}statických podmienok na 780 MPa. Keď bola rýchlosť deformácie pri zaťažení 3,0 × 103 s-1, jej medza klzu sa zvýšila na 1380 MPa. Prostredníctvom kombinácie experimentov a numerických simulácií sa zistilo, že zmäkčenie poškodenia bolo hlavným faktorom pri tvorbe adiabatických šmykových pásov v tejto zliatine. Vzhľadom na to, že Al má dobrú plasticitu a vďaka koktailovému efektu medzi prvkami vo vysoko-entropických zliatinách, očakáva sa, že pridanie Al ďalej zvýši schopnosť plastickej deformácie materiálu [22]. V tomto článku bola navrhnutá a vyrobená nová vysokoentropická zliatina HfZrTiTaAl. Mikroštruktúra zliatiny bola charakterizovaná röntgenovou difrakciou (XRD), skenovacou elektrónovou mikroskopiou (SEM), difrakciou spätného rozptylu elektrónov (EBSD) a transmisnou elektrónovou mikroskopiou (TEM). Dynamické mechanické vlastnosti vysokoentropickej zliatiny HfZrTiTaAl boli systematicky analyzované pomocou zariadenia s deleným Hopkinsonovým tlakom (SHPB). Okrem toho boli pomocou numerickej simulácie získané parametre konštitutívneho modelu Johnson-Cook (JC) a parametre modelu poškodenia materiálu a analyzované správanie sa materiálu pri deformácii, poškodení a porušení v podmienkach dynamického zaťaženia.