我國科學家現(xiàn)低錸合金化難以降低鎢的韌脆轉(zhuǎn)變溫度

IT之家 1 月 3 日消息，西安交通大學材料學院教授韓衛(wèi)忠團隊近日通過沖桿試驗，系統(tǒng)研究了再結(jié)晶態(tài)的 W-Re 合金，揭示了其韌脆轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵缺陷機制。

人造太陽-核聚變能是人類未來能源的終極解決方案。鎢（W）因其具有高熔點、高溫強度、高導熱率、低氫（H / D / T）滯留率和抗輻照損傷等優(yōu)異的性能，被譽為面向等離子體第一壁的最佳候選材料。

然而，過渡金屬鎢的低溫韌性差、韌脆轉(zhuǎn)變溫度高，極大地限制了鎢的加工和應用。如何克服鎢的低溫脆性成為以鎢為代表的難熔金屬研究領(lǐng)域的關(guān)鍵科學難題之一。

業(yè)內(nèi)的共識之一是，大量的模擬計算結(jié)果表明，錸（Re）合金化可以改變螺位錯的三維核心結(jié)構(gòu)，從而促進螺位錯雙扭折形核，提高螺位錯的滑移能力，最終可改善 W 的變形能力，實現(xiàn) W 的低溫韌化。

不過“Re 效應”通常與機械加工（高溫軋制等）引入的初始位錯、層片結(jié)構(gòu)、晶粒細化等因素混淆在一起，難以澄清單一因素（Re 合金化）對 W 變形能力的影響。

韓衛(wèi)忠團隊深入研究，發(fā)現(xiàn)低含量（≤10 wt.%）的 Re 合金化并不能有效降低 W 的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

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，W-Re 合金的塑性變形能力明顯降低，最終導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（如圖 1 所示）。通過表面變形形貌的表征發(fā)現(xiàn)，相比于純 W 的沿晶開裂，Re 合金化促進了更多的位錯行為，從而增加了 W-Re 合金的低溫韌性，但這一改善非常有限。

圖 1：W 及 W-Re 合金的韌脆轉(zhuǎn)變行為

圖 2：Re 合金化促進了位錯滑移 / 交滑移

圖 3：空間型的割階和位錯環(huán)導致了 W-Re 合金的高溫硬化

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