HfZrTiTaAl serisi yüksek-entropili alaşımların dinamik deformasyonu, hasar ve arıza davranışı

Aug 08, 2025 Mesaj bırakın

WechatIMG13

Yüksek-entropili alaşımlar, eşmolar veya eşmolara yakın oranlarda dört veya daha fazla temel elementten oluşan yeni bir alaşım malzemesi türüdür [1-2]. Benzersiz yapıları ve yüksek-entropi özellikleri nedeniyle, geleneksel alaşım malzemelerine kıyasla üstün mekanik özellikler sergilerler [3-7]. Yüksek-entropili alaşımlar kavramı ilk olarak 2004 yılında Tayvan'dan Profesör Jien-Wei Yeh tarafından önerilmiştir [8]. Yüksek entropili alaşımlara ilişkin tasarım konseptini temel alan Senkov ve ark. [9], ana bileşenleri refrakter metal elementler olan, refrakter yüksek{21}}entropili alaşımlar hazırladı. Bu alaşımlar yüksek sıcaklıklarda stabil kalır ve yüksek dayanıma ve yoğunluğa sahip olduğundan yaygın ilgi görmektedir [10-11]. Gong Lei ve ark. [12] dörtlü CrMoNbV refrakter yüksek-entropili alaşımın mekanik özelliklerini incelediler ve yarı statik koşullar altında akma dayanımının 1.410 MPa olduğunu, nispeten küçük plastik deformasyona ve kırılma yüzeyinde tipik bir yarılma kırılma morfolojisine sahip olduğunu buldular. Zhang ve diğerleri. [13] Ti içeriğinin CoCrMoNbTi yüksek-entropili alaşımların mekanik özellikleri üzerindeki etkisini araştırdı. Bunların arasında CoCrMoNbTi0.2, sırasıyla 1.906 MPa ve %5,07 basınç dayanımı ve kırılma gerilimi ile en iyi kapsamlı performansa sahipti. Regenberg ve ark. [14] yarı statik koşullar altında yüksek akma mukavemetine sahip olan MoNbVWTi yüksek-entropili alaşımları incelediler ve bunların akma mukavemeti temel olarak Mo ve Nb içeriğinden etkileniyor ancak süneklikleri zayıftı. Yukarıda bahsedilen refrakter yüksek entropili alaşımların yüksek mukavemete sahip olmalarına rağmen, yarı statik koşullar altında plastikliklerinin zayıf olduğu ve bu durumun da uygulama aralıklarını sınırladığı görülebilir. IVB grubu (Hf, Zr, Ti) elemanlarının eklenmesiyle yüksek entropili alaşımların plastisitesinin iyileştirilmesi bekleniyor. Örneğin, HfZrTiTa [15], HfNbTaTiZr [16], HfNbTiZr [17] ve HfNbTiVZr [18]. Bu yüksek entropili alaşımlar dinamik yükleme ortamlarında uygulanabilir ve dinamik mekanik davranışları dikkat çekmiştir. Dirras ve ark. [19], farklı gerinim hızları altında eşmolar TiHfZrTaNb yüksek-entropili alaşımların mekanik davranışını inceledi. 3,4×103 s-1 yükleme gerinim oranındaki akma mukavemeti, yarı statik yükleme koşullarına göre %40 daha yüksekti. Ayrıca gerinim hızı arttıkça adyabatik kayma bantlarının numune içindeki dağılımı giderek azaldı, yani kayma bantlarının yoğunluğu giderek azaldı ve kalınlığı giderek arttı. Zhang ve diğerleri. [20] HfZrTiTa yüksek-entropili alaşımları tasarladı ve hazırladı. HfZrTiTa0.5 yüksek-entropili alaşımın yarı{90}}statik yükleme koşulları altında akma mukavemeti ve kırılma gerilimi sırasıyla 774 MPa ve %13,5 idi. Akma mukavemeti, önemli bir gerinim oranı güçlendirme etkisi gösterdi. Aynı zamanda alaşımın dinamik yükleme altında termal plastik kararsızlığı ve adyabatik kayma hassasiyeti tartışılmıştır. Song ve ark. [21] yarı statik koşullar altında HfNbZrTi yüksek-entropili alaşımın akma mukavemetinin 780 MPa olduğunu ölçtü. Yükleme gerinim hızı 3,0×103 s-1 olduğunda akma dayanımı 1.380 MPa'ya yükseldi. Deneyler ve sayısal simülasyonların bir kombinasyonu yoluyla, bu alaşımda adyabatik kayma bantlarının oluşumunda hasar yumuşamasının ana faktör olduğu bulunmuştur. Al'in iyi bir plastikliğe sahip olduğu ve yüksek entropili alaşımlardaki elementler arasındaki kokteyl etkisi nedeniyle Al eklemenin malzemenin plastik deformasyon yeteneğini daha da arttırması beklenir [22]. Bu yazıda yeni bir HfZrTiTaAl yüksek entropi alaşımı tasarlandı ve üretildi. Alaşımın mikro yapısı, X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ile karakterize edildi. HfZrTiTaAl yüksek entropi alaşımının dinamik mekanik özellikleri, bölünmüş bir Hopkinson basınç çubuğu (SHPB) cihazı kullanılarak sistematik olarak analiz edildi. Ayrıca Johnson-Cook (JC) kurucu model parametreleri ve malzeme hasar modeli parametreleri sayısal simülasyon yoluyla elde edilmiş ve malzemenin dinamik yükleme koşulları altında deformasyon, hasar ve kırılma davranışları analiz edilmiştir.