Comportamiento dinámico de deformación, daño y falla de aleaciones de alta-entropía de la serie HfZrTiTaAl

Aug 08, 2025 Dejar un mensaje

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Las aleaciones de alta-entropía son un nuevo tipo de material de aleación compuesto por cuatro o más elementos principales en proporciones equimolares o casi equimolares [1-2]. Debido a su estructura única y características de alta-entropía, exhiben propiedades mecánicas superiores en comparación con los materiales de aleación tradicionales [3-7]. El concepto de aleaciones de alta-entropía fue propuesto por primera vez por el profesor Jien-Wei Yeh de Taiwán en 2004 [8]. Basado en el concepto de diseño de aleaciones de alta-entropía, Senkov et al. [9] prepararon aleaciones refractarias de alta-entropía con elementos metálicos refractarios como componentes principales. Estas aleaciones permanecen estables a altas temperaturas y poseen alta resistencia y densidad, lo que atrae una atención generalizada [10-11. Gong Lei et al. [12] estudiaron las propiedades mecánicas de la aleación refractaria cuaternaria de alta-entropía CrMoNbV y descubrieron que su límite elástico en condiciones casi estáticas era de 1.410 MPa, con una deformación plástica relativamente pequeña y una morfología típica de fractura por escisión en la superficie de la fractura. Zhang et al. [13] investigaron el efecto del contenido de Ti en las propiedades mecánicas de las aleaciones de alta -entropía de CoCrMoNbTi. Entre ellos, CoCrMoNbTi0.2 tuvo el mejor rendimiento integral, con resistencia a la compresión y deformación a la fractura de 1.906 MPa y 5,07%, respectivamente. Regenberg et al. [14] estudiaron aleaciones de alta-entropía MoNbVWTi, que tienen un alto límite elástico en condiciones cuasi{42}}estáticas, y su límite elástico se ve afectado principalmente por el contenido de Mo y Nb, pero tienen poca ductilidad. Se puede ver que aunque las aleaciones refractarias de alta-entropía mencionadas anteriormente tienen una alta resistencia, su plasticidad en condiciones cuasi{53}}estáticas es pobre, lo que limita su rango de aplicación. Al agregar elementos del grupo IVB (Hf, Zr, Ti), se espera mejorar la plasticidad de las aleaciones de alta-entropía. Por ejemplo, HfZrTiTa [15], HfNbTaTiZr [16], HfNbTiZr [17] y HfNbTiVZr [18]. Estas aleaciones de alta-entropía se pueden aplicar en entornos de carga dinámica y sus comportamientos mecánicos dinámicos han llamado la atención. Dirras et al. [19] estudiaron el comportamiento mecánico de aleaciones equimolares de alta entropía de TiHfZrTaNb bajo diferentes velocidades de deformación. El límite elástico a una tasa de deformación de carga de 3,4 × 103 s-1 fue un 40% mayor que el de condiciones de carga cuasi-estáticas. Además, a medida que aumentó la velocidad de deformación, la dispersión de las bandas de corte adiabáticas dentro de las muestras disminuyó gradualmente, es decir, la densidad de las bandas de corte disminuyó gradualmente y el espesor aumentó gradualmente. Zhang et al. [20] diseñaron y prepararon aleaciones de alta-entropía de HfZrTiTa. El límite elástico y la deformación a la fractura de la aleación de alta-entropía HfZrTiTa0.5 en condiciones de carga cuasi{90}}estáticas fueron de 774 MPa y 13,5%, respectivamente. Su límite elástico mostró un efecto significativo de fortalecimiento de la tasa de deformación. Al mismo tiempo, se discutieron la inestabilidad plástica térmica y la sensibilidad al corte adiabático de la aleación bajo carga dinámica. Canción y col. [21] midieron el límite elástico de la aleación de alta-entropía de HfNbZrTi en condiciones cuasi-estáticas y fue de 780 MPa. Cuando la tasa de deformación de carga fue de 3,0 × 103 s-1, su límite elástico aumentó a 1380 MPa. A través de una combinación de experimentos y simulaciones numéricas, se encontró que el ablandamiento por daño era el factor principal en la formación de bandas de corte adiabáticas en esta aleación. Teniendo en cuenta que el Al tiene buena plasticidad y debido al efecto cóctel entre los elementos de las aleaciones de alta-entropía, se espera que la adición de Al mejore aún más la capacidad de deformación plástica del material [22]. En este artículo, se diseñó y fabricó una nueva aleación de alta entropía HfZrTiTaAl. La microestructura de la aleación se caracterizó por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Las propiedades mecánicas dinámicas de la aleación de alta entropía HfZrTiTaAl se analizaron sistemáticamente utilizando un dispositivo de barra de presión Hopkinson dividida (SHPB). Además, se obtuvieron los parámetros del modelo constitutivo de Johnson-Cook (JC) y del modelo de daño material mediante simulación numérica, y se analizaron los comportamientos de deformación, daño y falla del material bajo condiciones de carga dinámica.