TiZrHfNbO高熵合金变形过程的织构演化.pdf

冶金与材料第 43 卷TiZrHfNbO 高熵合金变形过程的织构演化杨永福1，马怀立1，桑杰才让1，石玉成2，赵永军2（1 宁夏黄河水电青铜峡发电有限公司，宁夏 青铜峡751601；2 水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州310012）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 43 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.43 No.8Aug.2023摘要：难熔高熵合金往往具有高强度、低塑性的特点，而（TiZrHfNb）98.5O1.5高熵合金具有良好的拉伸塑性，针对其织构演变进行研究，对合金的强韧化方法具有重要意义。本文采用 X 射线衍射（XRD）方法，通过取向分布函数（ODF）和极图分析，研究在三种不同参数轧制变形后，织构的演变规律。结果表明：400温轧的原始试样001 织构含量较高，含少量111 和111 织构；继续冷轧 25%，只有较明显的111 织构；继续冷轧 41%，出现强烈的001 织构和较为明显的111 织构。关键词：TiZrHfNbO 高熵合金；合金变形；织构演化基金项目：黄河公司 青铜峡水电站多泥沙河流轴流转桨式水轮机抗空蚀磨损防护技术研究 科研项目（KY-C-2022-SD18）。作者简介：杨永福（1975），男，青海西宁人，主要研究方向：水轮机转轮叶片抗泥沙磨蚀工艺技术。高熵合金咱1暂又称为多主元合金，是近年来出现的一类新型金属材料，具有多主元、高构型熵及缓慢扩散等特性，显示出独特的物理、化学和力学性能咱2暂。尤其是难熔高熵合金具有优异的耐高温软化、抗辐照、耐腐蚀性能，在极端服役环境下具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。难熔高熵合金作为一种新型高强度、耐高温、抗高温氧化的多主元合金，有望取代传统高温合金材料，但是其室温塑性往往较低，变形极限差咱3暂。其中，TiZrHfNbO 系难熔高熵合金具有较好的强度和塑性，且通过氧掺杂及轧制热处理可提高其塑性，在水利水电领域，有望作为抗空蚀材料，得到重要的应用。织构是多晶体材料中晶粒取向分布状态，明显偏离随机分布的现象，在多晶材料中普遍存在，且严重影响材料的各项性能。材料制备的物理冶金过程中，主要有铸造织构、形变织构与再结晶织构等，材料的结构、变形方式以及热处理工艺等相关因素决定其织构类型和各组分比例。文章将对经氧掺杂后的（TiZrHfNb）98.5O1.5合金进行轧制处理，研究分析经 3 种不同参数连续轧制后，变形过程中织构的演变规律，对难熔高熵合金的变形强化具有指导意义。1实验方法此次研究所用高熵合金的成分为（TiZrHfNb）98.5O1.5，原材料为纯金属（纯度在 99.9%以上）和 ZrO2颗粒，在氩气保护气氛下用非自耗电弧熔炼炉制备得到。为了保证成分的均匀性，每次熔炼后用翻料铲将合金锭翻转再次熔炼，每个合金锭反复熔炼 5 次。最后用铜模吸铸成 10伊10伊50mm3的试棒，得到原始铸态样品。先在 400条件下从 10mm 温轧至 2mm（80%），采用日本理学（Rigaku TTR3）X 射线衍射仪（XRD）测织构；再冷轧至 1.5mm（25%），用 XRD 测织构；继续冷轧至 1.18mm（41%），用 XRD 测织构。测量各轧制形变量下 110，200，211 三张不完整极图。使用 Cu 靶，扫测按同心圆步进方式进行，琢 为 0毅耀60毅，茁 为 0毅耀360毅，测量步长为 5毅。采用 Bunge 的球函数得到 ODF 图，结果用恒 2 截面图表示。2实验结果与分析金属材料发生塑性变形的过程中，采用不同的轧制参数可获得不同类型的加工态组织结构，同时将直接影响变形后材料的织构类型和组分咱4暂。一般来说，与面心立方金属相似，体心立方金属及其合金各晶粒的取向，也总是倾向于向取向空间中不同的取向线附近聚集，所以只需要分析目的取向线上的取向分布就可以知道目标材料样品中织构结构的主要特征咱5袁6暂。其中，琢 取向线表现的是取向线 渍1=0，渍=0毅90毅，渍2=45毅，即hkl 的不完全纤维织构，酌 取向线表现的是取向线 渍1=0，渍=0毅90毅，渍2=45毅，即 111 的完全纤维织构咱7暂。如表 1，展示了常见 BCC 金属的轧制织构组分。表 1BCC 金属的轧制织构组分渍1/毅0060900渍/毅03554.754.790渍2/毅4545454545hkl001112111111110图 1 为 400温轧 80%试样的织构取向分布函数106第 8 期（ODF）图的 渍2=45毅截面。可以看出 400温轧试样具有较强的 琢 取向线织构，此外，少量的 111 到 111 的 酌 取向线上也有一定的取向聚集现象，但其中取向密度最大的是 琢 取向线织构。图 2 为将温轧样品继续冷轧 25%变形量试样 ODF图的 渍2=45毅截面。可以看出继续冷轧 25%后，试样只具有较强的酌取向线织构。图 3 为将温轧试样继续冷轧 41%后，试样 ODF 图的 渍2=45毅截面。可以看出冷轧 41%变形量后，试样具有强烈的 琢 取向线织构，同时也存在较为明显的 酌 取向线织构。根据 3 次轧制后的极图（图 46）可以进一步证实400温轧时主要织构组分为 琢 取向线织构001，以及少量的 酌 取向线织构 111 到 111，温轧后采取不同压下量的冷轧，所得到织构不同：继续冷轧 25%试样只具有较强的 111 织构；继续冷轧 41%试样具有强烈的 001 织构，以及较为明显的 111 织构。结合 ODF 图和极图可以分析三次轧制后织构组分的差异咱8暂。总体而言，随着轧制的进行织构取向分布值的最大值不断增大，织构强度有很大提高。其中 琢 取向线织构 001 与 酌 取向线织构 111 密度均明显上升。3分析与结论体心立方结构的（TiZrHfNb）98.5O1.5合金在连续轧制中由于轧制压力的作用，厚度方向被压缩，轧制方向被拉长，晶粒发生复杂的滑移变形。随着 3 次轧制的进行，位错数目增加，晶粒间发生扭曲并相互间制约，从而使继续变形困难，发生加工硬化现象。晶粒沿着轧制方向伸长，晶粒的取向发生转动，形成以 琢 线织构和 图 1（TiZrHfNb）98.5O1.5合金 400益温轧 80%变形量的 ODF 图图 2温轧试样继续冷轧 25%的 ODF 图图 3温轧试样继续冷轧 41%变形量后的 ODF 图杨永福等：TiZrHfNbO高熵合金变形过程的织构演化107冶金与材料第 43 卷图 4400益温轧 80%变形量后试样的极图图 5温轧试样继续冷轧 25%变形量后的极图图 6温轧试样继续冷轧 41%变形量后的极图线织构为主的平面应变织构。（1）400温轧的原始试样能形成较强的 001 变形织构；继续冷轧 25%可形成明显的 111 织构；继续冷轧 41%，可出现强烈的 001 织构和较为明显的 111 织构。（2）随着轧制的进行，琢 线织构和 酌 线织构的取向分布值不断增大，001 和 111 织构组分的取向密度明显增强。参考文献1Yeh J W，Chen S K，Lin S J，et al.Nanostructured high entropyalloys with multiple principal elements：novel alloy design con原cepts and outcomesJ.Advancedengineeringmaterials，2004，6（5）：299-303.2 鲁一荻，张骁勇，侯硕，等.高熵合金的发展及工业应用展望J.稀有金属材料与工程，2021，50（1）：333-341.3 王书道.TiZrHfNb高熵合金中的短程序及其强化效应的第一性原理研究 D.北京：北京科技大学，2022.4Wu Y，Wang Q，Lin D，et al.Phase Stability and DeformationBehavior of TiZrHfNbO High-Entropy AlloysJ.Front Mater，2020，7，589052.5 黄元春，谢成，唐建国，等.不同轧制方式对铌箔微观组织和织构的影响 J.中南大学学报（自然科学版），2013，44（2）：501-507.6 万小勇，江轩，王欣平，等.高纯Al-0.5%Cu合金的轧制织构 J.有色金属，2011，63（2）：6-9.7 毛卫民，杨平，陈冷.材料织构分析原理与检测技术 M.北京：冶金工业出版社，2008.8 张正贵，肖铁，王建军，等.压下量对珠光体钢冷轧织构的影响 J.沈阳大学学报（自然科学版），2018，30（3）：173-176.108