科研人员发现低铼合金化难以降低钨的韧脆转变温度

　　近日，西安交通大学材料学院教授韩卫忠团队通过冲杆试验，对再结晶态的W-Re合金进行了系统研究，揭示了其韧脆转变的关键缺陷机制，并阐明了低含量的Re合金化并不能大大降低W的韧脆转变温度。相关研究成果发表在

　　铼（Re）被认为是提高钨（W）变形力并降低其韧脆转变温度的最佳合金元素。在大量的实验研究中，报道的“Re效应”通常与机械加工（高温轧制等）引入的初始位错、层片结构、晶粒细化等因素混淆在一起，难以澄清单一因素（Re合金化）对W变形力的影响。因此，Re合金化能否实现低温增韧、降低W的韧脆转变温度，一直缺乏系统的研究和关键的实验证据。

　　研究人员发现，Re合金化引起的有限韧化仅发生在很窄的低温区间（50°C~200°C）。高温（≥300°C）变形时，W-Re合金的塑性变形能力明显降低，最后导致合金高温韧性下降、韧脆转变温度上升。而且Re含量越高，W-Re合金的韧脆转变温度越高（图1所示）。通过表面变形形貌的表征发现，相比于纯W的沿晶开裂，Re合金化促进了更多的位错行为，从而增加了W-Re合金的低温韧性，但这一改善非常有限。此外，当变形温度上升到300°C时，W-Re合金中还出现了大量的位错交滑移现象。随着Re含量的增加，交滑移程度越来越剧烈。有趣的是，虽然W-Re合金在高温下发生了大量的位错交滑移，但其变形力和韧性反而变差了。

　　通过进一步的缺陷表征发现，随着温度上升，位错增殖能力的突然增加使得纯W发生了脆韧转变。然而，合金化后，Re元素在高温下促进了螺位错的局部交滑移，由此产生了横跨多个滑移面（三维结构）的超割阶和位错环。这些缺陷结构的密度和分布不仅和Re元素的含量相关，而且还表现出明显的温度依赖性：Re含量和变形温度越高，缺陷的密度越高。

　　高密度的三维不可动缺陷（超割阶和位错环）强烈地阻碍了位错的运动，最后导致W-Re合金高温变形力下降、韧脆转变温度升高。

　　空间型的割阶和位错环导致了W-Re合金的高温硬化。（图片均由论文课题组提供）