通过调控W-Fe-Ni-Mo高熵合金多相微观结构实现绝热剪切敏感性的精准定制

《Journal of Materials Science & Technology》：Tailoring the adiabatic shear susceptibility via controlling multi-phase microstructures of W-Fe-Ni-Mo high-entropy alloys

针对动能穿甲弹材料需兼具高动态力学性能与绝热剪切敏感性的需求，研究人员通过调控W-Fe-Ni-Mo高熵合金(HEAs)中FCC、BCC和μ三相比例，发现降低FCC相含量可减弱应变硬化能力，促进BCC和μ相动态再结晶(DRX)，使W25Fe15Ni25Mo35合金获得1958 MPa断裂强度和3.3临界剪切应变，为多相HEAs在极端条件下的应用提供新思路。

　　

在高速冲击和弹道穿透等极端条件下，材料的绝热剪切带(ASB)形成能力直接决定动能穿甲弹的"自锐化"性能。传统钨合金因ASB敏感性低易产生"蘑菇头"效应，而贫铀合金虽性能优异却存在严重环境污染。高熵合金(HEAs)因其成分可调性和优异力学性能成为新型穿甲材料的研究热点，但多相HEAs中不同相结构对ASB演化的调控机制尚不明确。

研究人员通过调控W-Fe-Ni-Mo系HEAs中面心立方(FCC)、体心立方(BCC)和菱方μ三相比例，系统研究了多相微观结构对ASB敏感性的影响机制。采用动态强制剪切实验结合扫描电镜和电子背散射衍射(PED)技术，定量评估了不同成分合金的ASB形成临界条件。研究发现W₂₅Fe₁₅Ni₂₅Mo₃₅合金通过降低FCC相含量，在保持1958 MPa高断裂强度的同时，将临界剪切应变提升至3.3。微观分析表明，FCC相减少会削弱应变硬化能力，促进BCC和μ相发生动态再结晶(DRX)，从而增强局部软化机制。

【初始微观结构表征】XRD和SEM-EDS分析证实W₂₅和Mo₃₅合金具有FCC+BCC+μ三相结构，其中FCC相富含Ni/Fe元素，BCC相富含W元素，μ相则以Mo为主要组成元素。

【动态力学性能】动态压缩测试显示Mo₃₅合金具有最高屈服强度(1500 MPa)和抗压强度(2010 MPa)，这归因于硬质BCC和μ相在软质FCC基体中的增强作用，类似双相合金的载荷传递机制。

【绝热剪切敏感性】通过临界剪切应变定量评估发现，三相结构的协同作用显著提高ASB敏感性。FCC相减少导致的应变硬化能力下降，与BCC/μ相DRX诱导的软化效应共同促进剪切局部化。

该研究发表于《Journal of Materials Science》，首次阐明多相HEAs中各相在ASB演化中的特异性作用：FCC相主导应变硬化，BCC和μ相通过DRX促进局部软化。通过精确调控W₂₅Fe₁₅Ni₂₅Mo₃₅合金三相比例，实现了强度-塑性-ASB敏感性的协同优化，为设计新一代环保型穿甲材料提供了重要理论依据。这种"相工程"策略可拓展至其他多相HEAs体系，在极端服役条件下的结构材料设计领域具有广阔应用前景。