대부분의 내화 고 엔트로피 합금 (RHEA)은 고강도 적용 분야에서 사용을 위해 설계되어 단일 BCC상의 특징으로 저온에서 연성이 부족하다는 문제가 있습니다. 이에 따라 열역학적 변수에 의한 상 안정성 평가와 Factsage 프로그램을 이용하여 강도와 연성의 균형을 가진 합금을 설계하고 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM), X- 선 회절 (XRD) 분석, 마이크로 ...
대부분의 내화 고 엔트로피 합금 (RHEA)은 고강도 적용 분야에서 사용을 위해 설계되어 단일 BCC상의 특징으로 저온에서 연성이 부족하다는 문제가 있습니다. 이에 따라 열역학적 변수에 의한 상 안정성 평가와 Factsage 프로그램을 이용하여 강도와 연성의 균형을 가진 합금을 설계하고 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM), X- 선 회절 (XRD) 분석, 마이크로 비커스 경도 시험, 압축시험 및 인장시험을 통해 동원자 농도의 조성을 가진 Ti20Mo20V20Nb20Ta20와 Ti의 원자 농도를 높인 Ti40Mo15V15Nb15Ta15 및 Ti60Mo10V10Nb10Ta10 HEA의 미세 구조와 기계적 특성을 연구하였습니다. 시편은 VAR (vacuum arc re-melting) 공정을 사용하여 주조되었으며 화학적 균질화를 위해 1300도에서 4 시간 동안 열처리됩니다. 높은 엔트로피 합금에 대한 열역학적 매개 변수의 계산 결과는 Ω ≥ 1.1, δ ≤ 6.6 % 및 VEC <6.87이며, 이는 HEA가 BCC 고용체로 구성되었음을 시사합니다. 또한 Factsage 분석 결과 일정 온도 조건에서 3가지 조성 모두 BCC의 단일 상을 형성하는 것을 확인 하였으며, 저온에서는 BCC 1, BCC 2의 2상 구조가 나타날수 있다는 것을 예측 할 수 있었습니다. XRD분석 결과 모든 조성의 HEA가 단일 BCC 상을 보이는 것을 확인했습니다. FE-SEM으로 관찰한 합금의 미세조직은 전형적인 수지상 미세 구조를 나타내며, 이는 원소 간 응고 온도의 차이로 확인되었습니다. Dendrite arm에는 Mo와 Ta 원소가 비교적 많이 분포되어 있으며, Ti와 V 원소는 interdendrite영역에 분포되어있는 것으로 밝혀졌습니다. 기계적 성질 측면에서 마이크로 비커스 경도 시험 결과, 조성이 동 원자농도에서 Ti 원소 농도가 증가함에 따라 경도 값이 감소 함을 확인 하였습니다.. 이는 Ti의 상대 경도 값이 Mo 및 Nb의 원소보다 작기 때문입니다. RHEA Ti40Mo15V15Nb15Ta15의 압축 강도 및 항복 강도 값은 1856 MPa 및 1624 MPa입니다. Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA의 인장 강도 및 항복 강도 값은 644 MPa 및 420 MPa입니다. 또한 합금은 7.5 % 연신율을 나타냈습니다. 인장 시험 후 시편의 파단면 분석 결과 연성 딤플 구조와 취성 벽계 구조가 공존하는 것을 확인 할 수 있었습니다.Most Refractory high-entropy alloys (RHEA) are designed for high strength material application but insufficient ductility at room temperature. RHEA has a single BCC Phase and strong strength but has a problem of lack of ductility at low temperatures. This study investigates the microstructures characterization and the mechanical properties of equiatomic Ti20Mo20V20Nb20Ta20 and non-equiatomic Ti-rich Ti40Mo15V15Nb15Ta15 and Ti60Mo10V10Nb10Ta10 HEAs using Factsage analysis, field emission scanning electron microscope (Fㄸ-SEM), X-ray diffraction(XRD) analysis, Micro-Vickers hardness test, compressive test, and tensile test. The specimens were cast using the vacuum arc re-melting (VAR) process, and for chemical homogenization treatment, it is heat-treated at 1300 degrees for 4 hours. The thermodynamic parameters' calculation results for high entropy alloys are Ω ≥ 1.1, δ ≤ 6.6%, and VEC < 6.87, suggesting that the HEAs consisted of BCC solid solutions. As a result of analyzing the BCC peaks, it was confirmed that all HEAs showed a single BCC phase. The cast alloys represent a typical dendritic microstructure, which has been identified as differences in solidification rates between elements. In the dendrite arm, there was a relatively large distribution of Mo and Ta elements. The elements Ti and V were found to be highly distributed in the interdendritic zone. As a result of the micro Vickers hardness test, it was confirmed that the hardness value decreased as the Ti element concentration increased as the composition became equiatomic to non-equiatomic. This is because Ti's relative hardness value is smaller than that of Mo and Nb's elements. The values of compressive strength and yield strength for RHEA Ti40Mo15V15Nb15Ta15 were 1856 MPa and 1624 MPa. The tensile strength and yield strength values of the Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA were 644 MPa and 420 MPa. The tensile specimen of the RMEA exhibited 7.5% elongation. The Ti-rich non-equiatomic Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA showed considerable ductility compared to other medium entropy alloys. A fractographic of the RMEA specimen showed coexisted ductile dimple and brittle cleavage structures. A relatively sharp yield point and flow hardening were readily observed. The compressive strength and yield strength of the RMEAs increased with increasing strain rate. The values of compressive strength and yield strength for the Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA with a strain rate of 5 × 10-3 were 1740 MPa and 1269 MPa, respectively. The strain rate sensitivity of Ti-rich RHEA Ti60Mo10V10Nb10Ta10 was determined with a value of 0.05.
대부분의 내화 고 엔트로피 합금 (RHEA)은 고강도 적용 분야에서 사용을 위해 설계되어 단일 BCC상의 특징으로 저온에서 연성이 부족하다는 문제가 있습니다. 이에 따라 열역학적 변수에 의한 상 안정성 평가와 Factsage 프로그램을 이용하여 강도와 연성의 균형을 가진 합금을 설계하고 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM), X- 선 회절 (XRD) 분석, 마이크로 비커스 경도 시험, 압축시험 및 인장시험을 통해 동원자 농도의 조성을 가진 Ti20Mo20V20Nb20Ta20와 Ti의 원자 농도를 높인 Ti40Mo15V15Nb15Ta15 및 Ti60Mo10V10Nb10Ta10 HEA의 미세 구조와 기계적 특성을 연구하였습니다. 시편은 VAR (vacuum arc re-melting) 공정을 사용하여 주조되었으며 화학적 균질화를 위해 1300도에서 4 시간 동안 열처리됩니다. 높은 엔트로피 합금에 대한 열역학적 매개 변수의 계산 결과는 Ω ≥ 1.1, δ ≤ 6.6 % 및 VEC <6.87이며, 이는 HEA가 BCC 고용체로 구성되었음을 시사합니다. 또한 Factsage 분석 결과 일정 온도 조건에서 3가지 조성 모두 BCC의 단일 상을 형성하는 것을 확인 하였으며, 저온에서는 BCC 1, BCC 2의 2상 구조가 나타날수 있다는 것을 예측 할 수 있었습니다. XRD분석 결과 모든 조성의 HEA가 단일 BCC 상을 보이는 것을 확인했습니다. FE-SEM으로 관찰한 합금의 미세조직은 전형적인 수지상 미세 구조를 나타내며, 이는 원소 간 응고 온도의 차이로 확인되었습니다. Dendrite arm에는 Mo와 Ta 원소가 비교적 많이 분포되어 있으며, Ti와 V 원소는 interdendrite영역에 분포되어있는 것으로 밝혀졌습니다. 기계적 성질 측면에서 마이크로 비커스 경도 시험 결과, 조성이 동 원자농도에서 Ti 원소 농도가 증가함에 따라 경도 값이 감소 함을 확인 하였습니다.. 이는 Ti의 상대 경도 값이 Mo 및 Nb의 원소보다 작기 때문입니다. RHEA Ti40Mo15V15Nb15Ta15의 압축 강도 및 항복 강도 값은 1856 MPa 및 1624 MPa입니다. Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA의 인장 강도 및 항복 강도 값은 644 MPa 및 420 MPa입니다. 또한 합금은 7.5 % 연신율을 나타냈습니다. 인장 시험 후 시편의 파단면 분석 결과 연성 딤플 구조와 취성 벽계 구조가 공존하는 것을 확인 할 수 있었습니다.Most Refractory high-entropy alloys (RHEA) are designed for high strength material application but insufficient ductility at room temperature. RHEA has a single BCC Phase and strong strength but has a problem of lack of ductility at low temperatures. This study investigates the microstructures characterization and the mechanical properties of equiatomic Ti20Mo20V20Nb20Ta20 and non-equiatomic Ti-rich Ti40Mo15V15Nb15Ta15 and Ti60Mo10V10Nb10Ta10 HEAs using Factsage analysis, field emission scanning electron microscope (Fㄸ-SEM), X-ray diffraction(XRD) analysis, Micro-Vickers hardness test, compressive test, and tensile test. The specimens were cast using the vacuum arc re-melting (VAR) process, and for chemical homogenization treatment, it is heat-treated at 1300 degrees for 4 hours. The thermodynamic parameters' calculation results for high entropy alloys are Ω ≥ 1.1, δ ≤ 6.6%, and VEC < 6.87, suggesting that the HEAs consisted of BCC solid solutions. As a result of analyzing the BCC peaks, it was confirmed that all HEAs showed a single BCC phase. The cast alloys represent a typical dendritic microstructure, which has been identified as differences in solidification rates between elements. In the dendrite arm, there was a relatively large distribution of Mo and Ta elements. The elements Ti and V were found to be highly distributed in the interdendritic zone. As a result of the micro Vickers hardness test, it was confirmed that the hardness value decreased as the Ti element concentration increased as the composition became equiatomic to non-equiatomic. This is because Ti's relative hardness value is smaller than that of Mo and Nb's elements. The values of compressive strength and yield strength for RHEA Ti40Mo15V15Nb15Ta15 were 1856 MPa and 1624 MPa. The tensile strength and yield strength values of the Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA were 644 MPa and 420 MPa. The tensile specimen of the RMEA exhibited 7.5% elongation. The Ti-rich non-equiatomic Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA showed considerable ductility compared to other medium entropy alloys. A fractographic of the RMEA specimen showed coexisted ductile dimple and brittle cleavage structures. A relatively sharp yield point and flow hardening were readily observed. The compressive strength and yield strength of the RMEAs increased with increasing strain rate. The values of compressive strength and yield strength for the Ti60Mo10V10Nb10Ta10 RMEA with a strain rate of 5 × 10-3 were 1740 MPa and 1269 MPa, respectively. The strain rate sensitivity of Ti-rich RHEA Ti60Mo10V10Nb10Ta10 was determined with a value of 0.05.
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