冷轧对超级铁素体不锈钢析出行为、微观结构与力学性能的影响机制研究

为解决传统超级铁素体不锈钢在极端环境应用中面临的脆性大、延展性不足等问题，研究人员通过机械合金化结合1350°C/1500°C烧结工艺，系统研究了WMoVxTiy难熔高熵合金(RHEAs)中Ni-Co-Fe粘结相与V/Ti比例对材料性能的调控机制。研究发现，优化V25Ti5组分可使合金获得~2200 MPa抗压强度与~35%应变，证实钒元素通过稳定FCC粘结相和抑制Ti-V-O氧化物形成显著提升材料强韧性，为开发新型高性能不锈钢提供理论依据。

　　

在航空航天、核反应堆等极端工况下，传统不锈钢材料常面临强度与延展性难以兼得的"强度-塑性倒置"困境。尤其对于以体心立方(BCC)结构为主的难熔高熵合金(RHEAs)，其室温滑移系有限导致的本质脆性更成为制约工程应用的瓶颈。受钨基重合金(WHA)中引入延性FCC粘结相的设计启发，研究人员创新性地将Ni-Co-Fe(70Ni-15Co-15Fe wt.%)粘结相引入WMoV_xTi_y体系，通过机械合金化与双温烧结(1350°C/1500°C)制备复合材料，系统探究了V/Ti比例对微观结构演化和力学性能的调控规律。

研究采用高能球磨(300rpm, 球料比10:1)实现粉末纳米化，通过XRD、SEM-EDS和TEM解析相组成，结合维氏硬度计(载荷9.8N)和万能试验机(应变率10^-3 s^-1)评估力学性能。

3.1.1 XRD分析 显示16小时球磨后WMoV₁₅Ti₁₅粉末形成典型BCC结构(2θ=40°,58°,73°)，同时44°处出现Ni-Co-Fe粘结相的FCC弱峰，证实固溶体形成。

3.1.2 SEM观察 发现V₁₅Ti₁₅合金在1350°C烧结时粘结相团聚(粒径2-15μm)，而V₂₅Ti₅呈现均匀分布的Ni-rich相。1500°C烧结导致高Ti组形成Ti-O氧化物(图3d点F)，但高V组仍保持粘结相稳定性。

3.1.5 TEM表征 揭示Ni-rich相为FCC结构(a=3.398?)，其晶格收缩源于V原子置换；Ti-V-O氧化物呈三方晶系(a=5.126?, c=13.878?)，证实(Ti,V)₂O₃固溶体形成。

3.2.1 压缩测试 表明V₂₅Ti₅在1350°C烧结时兼具2200MPa强度和35%应变，而V₁₅Ti₁₅因氧化物脆性仅达1518MPa/11.8%。1500°C烧结导致性能劣化，归因于粘结相溶解。

3.2.3 断口分析 显示V₂₅Ti₅呈现韧窝形貌(图11d)，而V₁₅Ti₁₅表现为解理台阶(图12b)，直观验证成分-性能关联。

该研究通过多尺度表征证实：钒元素通过降低晶格畸变能(3.398? vs 纯Ni 3.524?)和抑制Ti氧化，显著提升Ni-Co-Fe粘结相稳定性；而钛含量超过15at.%时，形成的(Ti,V)₂O₃氧化物成为裂纹源。最优V₂₀Ti₁₀组分在1350°C烧结时实现BCC基体与FCC粘结相的协同强化，其性能指标超越多数报道的RHEAs体系。研究成果发表于《Journal of Materials Research and Technology》，为设计"高强-高韧"不锈钢提供了可工程化的成分-工艺调控模板。