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动态导航 1.Pyrotek推出低温过热炉，可提高金属质量和运营效率 2.超低温环境下亚稳态CoCrFeNi高熵合金的优异塑性和锯齿流变行为  Pyrotek推出低温过热炉，可提高金属质量和运营效率 2019年1月8日，Pyrotek官网发布了其最新低温过热炉技术，可提高金属质量和运营效率。Pyrotek的低温LP炉将加热元件定位在靠近地板的位置，加热源完全浸没在熔融铝中，达到有效热传导和对流的效果。该成果使温度更均匀，热梯度不超过5°C（41°F）。相比之下，顶部加热炉具有高达22°C（72°F）的热梯度。实验证明，新技术比原顶部辐射炉的能效高出25-30％。 如果热元件安装在顶部，保持室会产生更高的室温，导致氧化物的产生。氧化物层变厚会使浴的顶部变成绝缘物质，阻止了热量释放，因此会增加加热元件的温度、降低炉的能效，并且所产生的氧化物也会损坏炉体和加热元件。 技术优势： ①热源完全浸入到熔融铝中，保持室中氧化物产量最小化 ②氧化物的减少，使金属更加清洁 ③占用的空间更少，节省能源 ④表面区域暴露面积小，保持浴中金属温度均匀 这些优势基于独特的双室设计——保持室与压力室。加热状态下，分隔壁和塞棒将LP炉的两室隔离，洁净度高的金属被留在压力室中，产生的渣滓则隔离到保持室中。保持室可随时进行去除浮物和轻度清洁，且不需要关闭铸造机器，提高了铸造机器正常运作的时间。 2018年12月6日，来自北京科技大学、悉尼大学、诺克威斯尔大学和中科院的张俊鹏等人在《中国科学》杂志上发表了名为Excellent ductility and serration feature of metastable CoCrFeNi high-entropy alloy at extremely low temperatures的论文。该团队在Gludovatz的研究基础上，对面心立方结构的CoCrFeNi高熵合金在低温下的延展性进行了研究。 高延展性的材料适用于太空探索、超导设备、核反应堆和冷冻剂储存等低温环境（LT）。然而由于位错运动受到限制，金属和合金在极低温条件下很难保持优异的性能。具有面心立方（FCC）结构的合金在低温环境没有呈现出明显的韧脆性转变，因此具有克服低温环境下性能易退化问题的潜力。316不锈钢（316 SS）就是一个典型的例子，在液氮温度下，316 SS具有较大的均匀伸长率，可以承受与室温下相似甚至更大的塑性变形。高位错储存率和应变强化能力使得这种材料具有高延展性，从而允许较大的均匀性变形。 近期Gludovatz等研究发现面心立方CrMnFeCoNi高熵合金在液氮温度下呈现与316 SS类似的强度、延展性和断裂韧性。随后，他们又提出孪晶机制有助于实现优异的应变强化。由于Mn容易氧化，因此研究团队采用了一种只包含Co、Cr、Fe、Ni四种元素且各组分原子比例均等的高熵合金作为实验材料。研究发现该合金最高抗拉强度为1251±10MPa，液氮温度下，失效应变可保持在62%。研究团队认为这种现象可归因于低堆垛层错能，从而利于变形孪晶的激活。 研究团队对该合金的晶体结构、力学性能、锯齿流变行为进行了分析，并对变形后的样品进行结构表征。 晶体结构 如下图a所示，标准样品的晶体结构近乎为等轴晶粒，晶体尺寸大约为13μm；图b中的X射线衍射图谱（XRD）显示该样品是单相FCC固溶体结构；图c为透射电子显微镜（TEM）图像，其中较亮区域代表位错；图d中选区电子衍射图（SAED）显示的是样品经热轧后出现的{111}方向孪晶。 机械性能测试 研究团队分别在293、200、77、50、20和4.2K温度下对该合金进行了单轴拉伸工程应力应变实验，绘制曲线如下图a所示，不难发现在4.2K温度下，样品应力应变曲线呈现出较多的锯齿状（如左上角所示）。这种独特的现象在20K时的塑性变形的初始阶段也出现了，但是并不明显。 屈服强度和拉伸强度会随着温度的降低而上升。在77K时，屈服强度和拉伸强度分别达到了590 MPa和1070MPa，同时延伸率从室温下的63%上升到78%。在4.2K时，CoCrFeNi合金具有优异的强度和塑性的结合，工程屈服强度和拉伸强度分别达到680MPa和1260MPa。这种高熵合金的拉伸强度比传统低温材料如铝合金、铜合金高，强度比一些不锈钢和钛合金高。同时，延伸率超过了强度大于1Gpa的所有低温材料。 图-样品工程应力应变曲线、随温度变化强度变化图、应变强化速率图 表-CoCrFeNi高熵合金在不同温度下的机械性能（屈服强度：σy、杨氏模量：E、拉伸强度σu） 变形后的样品结构表征 在研究团队对样品进行的拉伸试验中，所有的样品在不同的温度下都发生了颈缩。典型的韧窝断口清楚地展示了断裂延展性。 在论文的最后，作者对温度依赖性和应变强化效应进行了分析。随着温度降低合金变得更强韧，更具有延展性，原因是位错运动和纳米级孪晶的联合作用。 CoCrFeNi合金的层错能可低至3.5 mJ m-2 ，在液氮温度下易于形成孪晶。大量的孪晶边界进一步提高了强度和塑性，样品中的三重孪晶大程度细化了晶粒并阻止了位错运动。另一个特征是，在4.2K时，可从扫描透射电子显微镜（STEM）图像中明显观察到密排六方HCP相。这意味着在拉伸测试中，高熵合金内部发生了FCC-HCP相变转化。这也是应力应变曲线中出现锯齿状的原因。 ▏ ▏本文作者：战略研究部于璇 |
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