تغییر شکل دینامیکی، آسیب و رفتار شکست آلیاژهای آنتروپی بالا سری HfZrTiTaAl-

Aug 08, 2025 پیام بگذارید

WechatIMG13

آلیاژهای{0}}آنتروپی بالا نوع جدیدی از مواد آلیاژی هستند که از چهار یا چند عنصر اصلی در نسبت‌های هممولار یا نزدیک به هم مولار تشکیل شده است [1-2]. به دلیل ساختار منحصر به فرد و ویژگی های آنتروپی بالا، آنها خواص مکانیکی برتری را در مقایسه با مواد آلیاژی سنتی نشان می دهند [3{7}}7]. مفهوم آلیاژهای آنتروپی بالا برای اولین بار توسط پروفسور Jien{14}}وی یه از تایوان در سال 2004 [8] ارائه شد. بر اساس مفهوم طراحی آلیاژهای آنتروپی{20}بالا، Senkov و همکاران. [9] آلیاژهای نسوز آنتروپی بالا{21} را با عناصر فلزی نسوز به عنوان اجزای اصلی آماده کرد. این آلیاژها در دماهای بالا پایدار می مانند و دارای استحکام و چگالی بالایی هستند و توجه گسترده را به خود جلب می کنند [10{27}}11]. گونگ لی و همکاران [12] خواص مکانیکی آلیاژ انتروپی بالا{36} نسوز CrMoNbV چهارتایی را مورد مطالعه قرار داد و دریافت که قدرت تسلیم آن در شرایط شبه{37}}استاتیکی 1410 مگاپاسکال بود، با تغییر شکل پلاستیک نسبتاً کوچک و مورفولوژی شکست شکاف معمولی در سطح شکست. ژانگ و همکاران [13] تأثیر محتوای Ti را بر خواص مکانیکی آلیاژهای آنتروپی{39}بالا CoCrMoNbTi بررسی کردند. در میان آنها، CoCrMoNbTi0.2 بهترین عملکرد جامع را با مقاومت فشاری و کرنش شکست به ترتیب 1906 مگاپاسکال و 5.07 درصد داشت. ریگنبرگ و همکاران [14] آلیاژهای آنتروپی{40}بالای MoNbVWTi را مورد مطالعه قرار دادند که دارای استحکام تسلیم بالایی در شرایط شبه{42}}استاتیکی هستند و قدرت تسلیم آنها عمدتاً تحت تأثیر محتوای Mo و Nb است، اما شکل پذیری ضعیفی دارند. مشاهده می شود که اگرچه آلیاژهای آنتروپی بالا{49}}دیرگداز ذکر شده در بالا دارای استحکام بالایی هستند، اما انعطاف پذیری آنها در شرایط شبه{53} استاتیکی ضعیف است که دامنه کاربرد آنها را محدود می کند. با افزودن عناصر گروه IVB (Hf، Zr، Ti)، انتظار می‌رود که پلاستیسیته آلیاژهای آنتروپی بالا{59}} بهبود یابد. به عنوان مثال، HfZrTiTa [15]، HfNbTaTiZr [16]، HfNbTiZr [17] و HfNbTiVZr [18]. این آلیاژهای آنتروپی بالا{64} را می‌توان در محیط‌های بارگذاری دینامیکی اعمال کرد و رفتارهای مکانیکی دینامیکی آنها توجه را به خود جلب کرده است. دیراس و همکاران [19] رفتار مکانیکی آلیاژهای آنتروپی بالا{67}}TiHfZrTaNb هممولار را تحت نرخ کرنش های مختلف مورد مطالعه قرار دادند. استحکام تسلیم در نرخ کرنش بارگذاری 3.4×103 s{68}}1 40 درصد بیشتر از آن در شرایط بارگذاری شبه-استاتیک بود. علاوه بر این، با افزایش نرخ کرنش، پراکندگی نوارهای برشی آدیاباتیک در داخل نمونه ها به تدریج کاهش یافت، یعنی چگالی نوارهای برشی به تدریج کاهش و ضخامت به تدریج افزایش یافت. ژانگ و همکاران [20] آلیاژهای آنتروپی{77}HfZrTiTa بالا را طراحی و آماده کرد. استحکام تسلیم و کرنش شکست آلیاژ آنتروپی HfZrTiTa0.5 بالا-در شرایط بارگذاری شبه{90}}استاتیک به ترتیب 774 مگاپاسکال و 13.5 درصد بود. استحکام تسلیم آن اثر تقویت نرخ کرنش قابل توجهی را نشان داد. در همان زمان، ناپایداری پلاستیک حرارتی و حساسیت برشی آدیاباتیک آلیاژ تحت بارگذاری دینامیکی مورد بحث قرار گرفت. سونگ و همکاران [21] قدرت تسلیم آلیاژ آنتروپی بالا{92}}HfNbZrTi را در شرایط شبه استاتیکی 780 مگاپاسکال اندازه‌گیری کرد. هنگامی که نرخ کرنش بارگذاری 3.0×103 ثانیه-1 بود، قدرت تسلیم آن به 1380 مگاپاسکال افزایش یافت. از طریق ترکیبی از آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های عددی، مشخص شد که نرم شدن آسیب عامل اصلی تشکیل نوارهای برشی آدیاباتیک در این آلیاژ است. با توجه به اینکه Al دارای خاصیت پلاستیسیته خوبی است و به دلیل اثر کوکتل در بین عناصر در آلیاژهای آنتروپی بالا، انتظار می‌رود افزودن Al باعث افزایش بیشتر توانایی تغییر شکل پلاستیک ماده شود [22]. در این مقاله، یک آلیاژ جدید HfZrTiTaAl با آنتروپی بالا طراحی و ساخته شد. ریزساختار آلیاژ با پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پس پراکندگی الکترونی (EBSD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مشخص شد. خواص مکانیکی دینامیکی آلیاژ HfZrTiTaAl با آنتروپی بالا به طور سیستماتیک با استفاده از دستگاه میله فشار Hopkinson (SHPB) تجزیه و تحلیل شد. علاوه بر این، پارامترهای مدل سازنده جانسون-کوک (JC) و پارامترهای مدل آسیب مواد از طریق شبیه‌سازی عددی به‌دست آمدند و رفتارهای تغییر شکل، آسیب و شکست مواد تحت شرایط بارگذاری دینامیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.