Excellent high-temperature strength and ductility of the ZrC nanoparticles dispersed molybdenum

材料科学 晶界 合金 极限抗拉强度 延展性(地球科学) 材料的强化机理 冶金 晶界滑移 复合材料 热稳定性 微观结构 化学工程 蠕动 工程类
作者
Jing Ke,Rui Liu,Z.M. Xie,Junsheng Ke,X.P. Wang,Q.F. Fang,C.S. Liu,Hu Wang,G. Li,Xuebang Wu
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:227: 117725-117725 被引量:132
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.117725
摘要

The interface control is critical in the development of high-performance molybdenum (Mo) alloys for high-temperature applications like space reactors. In this work, nanostructured Mo-ZrC alloy with excellent mechanical properties at both room temperature and high temperatures was fabricated by nanoscale ZrC dispersion and interface control. The average grain size of Mo-ZrC alloy is only 0.67 μm owing to the homogeneous dispersion of nanoscale ZrC particles. At room temperature, the ultimate tensile strength (UTS) and total elongation (TE) of the Mo-ZrC alloy are 928 MPa and 34.4%, respectively. At 1000 °C, the UTS is still as high as 562 MPa, which is significantly higher than those reported in oxide dispersion-strengthened Mo alloys, while the TE remains a high value of 23.5%. Additionally, the recrystallization start temperature of Mo-ZrC alloy is about 1400 °C, indicating remarkable thermal stability. First-principles calculations revealed that the interstitial oxygen reduces grain boundary cohesion, while C and ZrC could increase the fracture strength of the boundaries owing to the strong Mo-C bonds. The excellent mechanical properties and thermal stability of the Mo-ZrC alloy can be attributed to a synergistic effect of nanoscale ZrC particles dispersion strengthening, fine-grain strengthening, and grain boundary purification. The strategy could be applied to design other refractory alloys with both high strength and ductility for high-temperature applications.
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