高・中エントロピー合金の系統的比較による高濃度固溶体合金の本質的特徴の解明

通过高、中熵合金的系统比较阐明高浓度固溶体合金的基本特征

基本信息

批准号：
18J20766
负责人：
吉田周平
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度の研究で，FCC単相のHEA/MEAは，従来の希薄合金や純金属に比べて非常に高い摩擦応力(固溶体中における転位の運動に対する基礎抵抗)を有していることが明らかになった．高濃度多元系では，原子サイズの異なる様々な合金元素が高濃度で固溶することで，結晶格子に大きなひずみが生じ，それが転位の弾性場と相互作用することで，従来の純金属や希薄合金に比べ非常に高い摩擦応力が得られると考えられる．HEA/MEAに特徴的な高い摩擦応力は，材料の降伏強度と変形応力を増大させるが，それのみではFCC単相HEA/MEAが有する優れた強度・延性バランスを説明することができない．本年度は「FCC単相HEA/MEAの高い摩擦応力とその優れた力学特性 (変形挙動) との間に何か関係があるのではないか」という仮説を立て，それを検証した．前年度に調査した材料の中でも特に高い摩擦応力を有するCo20Cr40Ni40三元系MEAと低い摩擦応力を有するCo60Ni40合金の室温における引張変形挙動を比較した．Co60Ni40合金に比べて，Co20Cr40Ni40 MEAは高い変形応力，加工硬化率を示した．従来のFCC希薄固溶体合金に比べて，高濃度多元系では，変形中の動的回復が抑制されることで，転位密度が増大し，高い加工硬化能が得られると考えられる．これまでの研究から，HEA/MEAでは，(1) 固溶元素のサイズ差に起因した格子ひずみと転位の弾性場の相互作用により，非常に高い摩擦応力が得られること，(2) 変形中の転位の交差すべりが抑制されることによって，転位密度，加工硬化率が上昇しやすくなることといった高濃度多元系固溶体の特徴が明らかとなった．高濃度多元系では，結晶格子中のそれぞれの原子サイトに異なる元素が配置し，元素のサイズ差によって格子が歪んだ特異な状態が，その優れた力学特性の起源であることが示唆された．

去年的一项研究表明，与常规的稀释合金和纯金属相比，FCC单相HEA/MEA具有很高的摩擦应力（基本抗固定溶液中的基本抗性）。在高浓度的多层系统中，当具有不同原子尺寸的各种合金元素以高浓度溶解时，在晶体晶格中发生了较大的应变，与常规的纯金属和瘦合金相比，与弹性脱位相互作用，导致极高的摩擦应力。 HEA/MEA的高摩擦力应力特征增加了材料的屈服强度和变形应力，但是仅此一项就无法解释FCC单相HEA/MEA的出色强度和延展性平衡。今年，我们假设“ FCC单相HEA/MEA的高摩擦力应力与其出色的机械性能（变形行为）之间存在某种关系”，并对此进行了测试。在上一年研究的材料中，我们比较了摩擦力特别高的CO20CR40NI40三元MEA的拉伸变形行为，而在室温下摩擦胁迫的CO60NI40合金则比较了CO60NI40合金。与CO60NI40合金相比，CO20CR40NI40 MEA表现出很高的变形应力和工作硬化速率。与常规的FCC稀释溶液合金相比，高浓度多层系统抑制变形过程中的动态恢复，从而导致脱位密度增加和高工作硬化能力。先前的研究揭示了HEA/MEA的特征，例如（1）由实心溶液元素和脱位弹性场之间的尺寸差异引起的晶格菌株之间的相互作用，以及（2）在HEA/MEA中轻松增加位错密度和工作硬化速率的能力。在高浓度的多元元素系统中，在晶体晶格中的每个原子位置都排列了不同的元素，并建议其出色的机械性能的起源是由于元素的尺寸差异而使晶状体变形的奇异状态。