放电等离子烧结制备W-ZrC/HfC-Re合金的力学性能和热稳定性研究

作     者：王慧 丁晨师 谢卓明 刘瑞 方前锋 王先平 刘长松 吴学邦 Wang Hui;Ding Chenshi;Xie Zhuoming;Liu Rui;Fang Qianfeng;Wang Xianping;Liu Changsong;Wu Xuebang

作者机构：中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 

出 版 物：《稀有金属材料与工程》 (Rare Metal Materials and Engineering)

年 卷 期：2024年第53卷第5期

页      面：1321-1331页

核心收录：

学科分类：0806[工学-冶金工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家基金委基金项目(52325103,12375260) 科技部国家磁约束核聚变能发展研究专项(2019YFE03110200) 中国科学院战略性先导科技专项(XDB0470303) 

主　　题：钨合金 固溶强化 弥散强化 力学性能 高温稳定性 

摘      要：采用机械球磨和放电等离子烧结法(SPS)制备了W-0.5%ZrC-(1, 3)%Re(WZC1R,WZC3R)和W-0.5%HfC-(1,3)%Re(WHC1R,WHC3R)(质量分数)4种钨基材料,并对其微结构、力学性能和高温稳定性进行了测试与分析。WZC3R合金在500℃时的极限抗拉强度(UTS)高达728 MPa,600℃时UTS维持653 MPa,比SPS制备的纯W提升近2.1倍。弥散分布的纳米尺寸ZrC颗粒起到钉扎晶界和位错的作用,提升了材料强度,此外抑制晶粒粗化带来细晶强化作用。WHC3R在400℃时,其延伸率为13.9%,韧脆转变温度(ductile-brittle transition temperature, DBTT)介于300℃和400℃,比SPS制备的W-ZrC和纯W分别降低200℃和300℃。固溶元素Re通过增加可动滑移面的数量,降低引发塑性变形所需的临界应力,从而改善钨材料的韧性。SPS制备的4种钨基材料展现出优异的热稳定性,1600℃真空退火1 h后,试样的晶粒尺寸和维氏显微硬度均未显著变化。其原因是Re溶质原子使钨产生晶格畸变,抑制高温下钨原子的扩散,阻碍晶界迁移,减缓钨晶粒粗化的动力学过程,从而提升材料的高温稳定性。