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西安交通大學材料學院教授韓衛忠團隊近日通過沖桿試驗，系統研究了再結晶態的 W-Re 合金，揭示了其韌脆轉變的關鍵缺陷機制。
人造太陽-核聚變能是人類未來能源的終極解決方案。鎢(W)因其具有高熔點、高溫強度、高導熱率、低氫(H / D / T)滯留率和抗輻照損傷等優異的性能，被譽為面向等離子體第一壁的最佳候選材料。
然而，過渡金屬鎢的低溫韌性差、韌脆轉變溫度高，極大地限制了鎢的加工和應用。如何克服鎢的低溫脆性成為以鎢為代表的難熔金屬研究領域的關鍵科學難題之一。
業內的共識之一是，大量的模擬計算結果表明，錸(Re)合金化可以改變螺位錯的三維核心結構，從而促進螺位錯雙扭折形核，提高螺位錯的滑移能力，最終可改善 W 的變形能力，實現 W 的低溫韌化。
不過“Re 效應”通常與機械加工(高溫軋制等)引入的初始位錯、層片結構、晶粒細化等因素混淆在一起，難以澄清單一因素(Re 合金化)對 W 變形能力的影響。
韓衛忠團隊深入研究，發現低含量(≤10 wt.%)的 Re 合金化并不能有效降低 W 的韌脆轉變溫度。
研究人員發現 Re 合金化引起的有限韌化僅發生在很窄的低溫區間(50 °C~200 °C)。高溫(≥300 °C)變形時，W-Re 合金的塑性變形能力明顯降低，最終導致合金高溫韌性下降、韌脆轉變溫度升高。
而且 Re 含量越高，W-Re 合金的韌脆轉變溫度越高(如圖 1 所示)。通過表面變形形貌的表征發現，相比于純 W 的沿晶開裂，Re 合金化促進了更多的位錯行為，從而增加了 W-Re 合金的低溫韌性，但這一改善非常有限。
圖 1：W 及 W-Re 合金的韌脆轉變行為
圖 2：Re 合金化促進了位錯滑移 / 交滑移
圖 3：空間型的割階和位錯環導致了 W-Re 合金的高溫硬化
