熱軋加工協(xié)同提升Ti45Zr40Al5Nb5V5輕質(zhì)高熵合強(qiáng)韌性能

高熵合金因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能而備受關(guān)注。其中，輕質(zhì)高熵合金在航天航空工業(yè)和軍事裝甲領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前關(guān)于輕質(zhì)高熵合金的熱軋加工研究尚少。因此，本文選擇Ti45Zr40Al5Nb5V5輕質(zhì)高熵合金作為研究對(duì)象，旨在通過熱軋加工提升其強(qiáng)韌性能。

本文研究了熱軋加工對(duì)Ti45Zr40Al5Nb5V5輕質(zhì)高熵合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。通過不同熱軋溫度下的軋制實(shí)驗(yàn)，分析了合金的晶粒細(xì)化、再結(jié)晶現(xiàn)象以及位錯(cuò)密度變化，并測(cè)試了合金的拉伸性能。結(jié)果表明，800℃為最佳熱軋溫度，此時(shí)合金的強(qiáng)度和塑性均達(dá)到最優(yōu)。

實(shí)驗(yàn)采用顆粒狀的高純度金屬元素單質(zhì)（Ti、Zr、V、Al、Nb）作為原料，在真空懸浮爐中熔煉得到鑄態(tài)合金。隨后，將鑄態(tài)合金切割成規(guī)則形狀的合金塊，進(jìn)行熱軋加工。熱軋溫度分別為700℃、800℃、900℃和1000℃，總變形量為40%。

晶粒細(xì)化：熱軋后，合金晶粒明顯細(xì)化。隨著軋制溫度的升高，晶粒細(xì)化程度先增加后減小。具體而言，700℃熱軋時(shí)，晶粒細(xì)化程度較低；800℃熱軋時(shí)，晶粒細(xì)化程度最高；900℃和1000℃熱軋時(shí)，晶粒逐漸長(zhǎng)大。

再結(jié)晶現(xiàn)象：熱軋過程中，合金發(fā)生了不連續(xù)再結(jié)晶。隨著軋制溫度的升高，再結(jié)晶程度逐漸增加。然而，當(dāng)軋制溫度過高時(shí)（如1000℃），再結(jié)晶晶粒會(huì)發(fā)生異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致晶粒尺寸增大。

晶界與位錯(cuò)：熱軋后，合金內(nèi)部晶格畸變嚴(yán)重，位錯(cuò)密度變高。這些位錯(cuò)和晶界為合金提供了更多的強(qiáng)化相，有助于提升合金的加工硬化能力。

拉伸性能：隨著軋制溫度的升高，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度先增加后減小，而拉伸塑性一直增加。具體而言，700℃熱軋時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較低；800℃熱軋時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度最高，分別為917MPa和927MPa；900℃和1000℃熱軋時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸降低。同時(shí)，隨著軋制溫度的升高，合金的延展性逐漸增加。800℃熱軋時(shí)，合金的延展性為11.3%。

強(qiáng)化機(jī)制：晶粒細(xì)化和位錯(cuò)強(qiáng)化是合金性能提升的根本原因。熱軋后，合金晶粒細(xì)化，位錯(cuò)密度增加，這些微觀結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致合金的強(qiáng)度和塑性得到提升。

本文通過熱軋加工實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)研究了Ti45Zr40Al5Nb5V5輕質(zhì)高熵合金在不同熱軋溫度下的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化。結(jié)果表明，800℃為最佳熱軋溫度。此時(shí)，合金晶粒細(xì)化程度最高，位錯(cuò)密度最大，強(qiáng)度和塑性均達(dá)到最優(yōu)。這一研究結(jié)果有望為高強(qiáng)韌化輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)提供理論依據(jù)。

【熱軋加工協(xié)同提升Ti45Zr40Al5Nb5V5輕質(zhì)高熵合強(qiáng)韌性能】

馮向向，張朝暉，何楊宇，賈曉彤，王強(qiáng)，劉婭，程興旺