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科研人員發(fā)現(xiàn)低錸合金化難以降低鎢的韌脆轉(zhuǎn)變溫度
作者：嚴(yán)濤 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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近日，西安交通大學(xué)材料學(xué)院教授韓衛(wèi)忠團(tuán)隊(duì)通過(guò)沖桿試驗(yàn)，對(duì)再結(jié)晶態(tài)的W-Re合金進(jìn)行了系統(tǒng)研究，揭示了其韌脆轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵缺陷機(jī)制，并闡明了低含量的Re合金化并不能有效降低W的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。相關(guān)研究成果發(fā)表在Acta Materialia上。
錸（Re）被認(rèn)為是提高鎢（W）變形能力并降低其韌脆轉(zhuǎn)變溫度的最佳合金元素。在大量的實(shí)驗(yàn)研究中，報(bào)道的“Re效應(yīng)”通常與機(jī)械加工（高溫軋制等）引入的初始位錯(cuò)、層片結(jié)構(gòu)、晶粒細(xì)化等因素混淆在一起，難以澄清單一因素（Re合金化）對(duì)W變形能力的影響。因此，Re合金化能否實(shí)現(xiàn)低溫增韌、降低W的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，一直缺乏系統(tǒng)的研究和關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，Re合金化引起的有限韌化僅發(fā)生在很窄的低溫區(qū)間（50°C~200°C）。高溫（≥300°C）變形時(shí)，W-Re合金的塑性變形能力明顯降低，最終導(dǎo)致合金高溫韌性下降、韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。而且Re含量越高，W-Re合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度越高（圖1所示）。通過(guò)表面變形形貌的表征發(fā)現(xiàn)，相比于純W的沿晶開裂，Re合金化促進(jìn)了更多的位錯(cuò)行為，從而增加了W-Re合金的低溫韌性，但這一改善非常有限。此外，當(dāng)變形溫度升高到300°C時(shí)，W-Re合金中還出現(xiàn)了大量的位錯(cuò)交滑移現(xiàn)象。隨著Re含量的增加，交滑移程度越來(lái)越劇烈。有趣的是，雖然W-Re合金在高溫下發(fā)生了大量的位錯(cuò)交滑移，但其變形能力和韌性反而變差了。
通過(guò)進(jìn)一步的缺陷表征發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，位錯(cuò)增殖能力的突然增加使得純W發(fā)生了脆韌轉(zhuǎn)變。然而，合金化后，Re元素在高溫下促進(jìn)了螺位錯(cuò)的局部交滑移，從而產(chǎn)生了橫跨多個(gè)滑移面（三維結(jié)構(gòu)）的超割階和位錯(cuò)環(huán)。這些缺陷結(jié)構(gòu)的密度和分布不僅和Re元素的含量相關(guān)，而且還表現(xiàn)出明顯的溫度依賴性：Re含量和變形溫度越高，缺陷的密度越高。
高密度的三維不可動(dòng)缺陷（超割階和位錯(cuò)環(huán)）強(qiáng)烈地阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致W-Re合金高溫變形能力下降、韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。
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