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西安交通大学材料学院教授韩卫忠团队近日通过冲杆试验，系统研究了再结晶态的 W-Re 合金，揭示了其韧脆转变的关键缺陷机制。
人造太阳-核聚变能是人类未来能源的终极解决方案。钨(W)因其具有高熔点、高温强度、高导热率、低氢(H / D / T)滞留率和抗辐照损伤等优异的性能，被誉为面向等离子体第一壁的最佳候选材料。
然而，过渡金属钨的低温韧性差、韧脆转变温度高，极大地限制了钨的加工和应用。如何克服钨的低温脆性成为以钨为代表的难熔金属研究领域的关键科学难题之一。
业内的共识之一是，大量的模拟计算结果表明，铼(Re)合金化可以改变螺位错的三维核心结构，从而促进螺位错双扭折形核，提高螺位错的滑移能力，最终可改善 W 的变形能力，实现 W 的低温韧化。
不过“Re 效应”通常与机械加工(高温轧制等)引入的初始位错、层片结构、晶粒细化等因素混淆在一起，难以澄清单一因素(Re 合金化)对 W 变形能力的影响。
韩卫忠团队深入研究，发现低含量(≤10 wt.%)的 Re 合金化并不能有效降低 W 的韧脆转变温度。
研究人员发现 Re 合金化引起的有限韧化仅发生在很窄的低温区间(50 °C~200 °C)。高温(≥300 °C)变形时，W-Re 合金的塑性变形能力明显降低，最终导致合金高温韧性下降、韧脆转变温度升高。
而且 Re 含量越高，W-Re 合金的韧脆转变温度越高(如图 1 所示)。通过表面变形形貌的表征发现，相比于纯 W 的沿晶开裂，Re 合金化促进了更多的位错行为，从而增加了 W-Re 合金的低温韧性，但这一改善非常有限。
图 1：W 及 W-Re 合金的韧脆转变行为
图 2：Re 合金化促进了位错滑移 / 交滑移
图 3：空间型的割阶和位错环导致了 W-Re 合金的高温硬化
