Исследование изменения структуры и свойств высокоэнтропийных сплавов при термической и термомеханической обработке

Многокомпонентные сплавы без базового элемента, также известные как высокоэнтропийные сплавы, представляют большой интерес для исследований. В данной работе исследована микроструктура сплава Fe20Ni₂₀Co₂₀Cu₂₀Al₂₀ в литом, отожженном и деформированном состояниях, а также его механические свойства и способность к горячей деформации. Этот сплав является одним из типичных представителей семейства высокоэнтропийных сплавов. Образцы были выплавлены в вакуумной индукционной печи в атмосфере аргона, а затем отливались в медную форму. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии были использованы для определения температуры солидуса. Гомогенизационный отжиг литых образцов проводился в камерной высокотемпературной печи на воздухе. Микроструктуру сплава изучали методом сканирующей электронной микроскопии и дифракцией рентгеновских лучей. Микрорентгеноспектральный анализ с привлечением рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии применяли для определения химического состава образовавшихся фаз. Показано, что в результате кристаллизации образуются три твердых раствора с кристаллической структурой ОЦК (у одного из трех) и ГЦК (у двух). Механические свойства были исследованы при испытаниях на одноосное сжатие и твердость. Деформационные испытания проводились с использованием закалочно-деформационного дилатометра DIL805A/D и комплекса для физического моделирования и динамических термомеханических испытаний «Gleeble 3800» при температурах 900—1100 °С и скоростях деформации 0,1—10,0 с^-1 на истинную степень деформации до 1. Выбраны оптимальные режимы гомогенизационного отжига для типичного представителя высокоэнтропийных сплавов, а также оптимальные режимы деформации для получения высоких механических свойств.

1. Yeh J.W., Chen S.K., Lin S.J., Gan J.Y., Chin T.S., Shun TT, Tsau C.H., Chang S.Y. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes. Adv. Eng. Mater. 2004. No. 6(5). P. 299—303.

2. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts. Acta Mater. 2017. No. 122. P. 448—511.

3. Портной В.К., Леонов А.В., Филиппова С.Е., Стрелецкий А.Н., Логачева А.И. Механохимический синтез и превращения при нагреве высокоэнтропийного сплава системы Cr—Fe—Co—Ni—Al—Ti. Неорган. материалы. 2014. Т. 50. No. 12. С. 1300—1308.

4. Ивченко М.В., Пушин В.Г., Уксусников А.Н., Wanderka N. Особенности микроструктуры литых высокоэнтропийных эквиатомных сплавов AlCrFeCoNiCu. Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114. No. 6. С. 561—568.

5. Wang J., Liu Y., Liu B., Wang Y., Cao Y., Li T, Zhou R. Flow behavior and microstructures of powder metallurgical CrFeCoNiMo. Two high entropy alloy during high temperature deformation. Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 689. P. 233—242.

6. Лузгин Д.В., Полькин В.И. Объемные металлические стекла: Получение, структура, структурные изменения при нагреве. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. No. 6. С. 43—52.

7. Чикова О.А., Цепелев ВС., Вьюхин В.В., Шмакова К.Ю. Кинематическая вязкость жидких высокоэнтропийных сплавов Cu—Sn—In—Bi—Pb. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. Спецвып. С. 57—60.

8. Senkov O.N., Senkova S. V., Miracle D.B., Woodward C. Mechanical properties of low-density, refractory multi-principal element alloys of the Cr—Nb—Ti—V—Zr system. Mater. Sci. Eng. 2013. Vol. 565. P. 51—62.

9. Sathiaraj G.D., Bhattacharjee P.P., Tsai C.W, Yeh J.W. Effect of heavy cryo-rolling on the evolution of microstructure and texture during annealing of equiatomic CoCrFeMnNi high entropy alloy. Intermetallics. 2016. Vol. 69. P. 1—9.

10. Tung C.C., Yeh J.W, Shun TT, Chen S.K., Huang Y.S., Cheng H.C. On the elemental effect of AlCoCrCuFeNi high-entropy alloy system. Mater. Lett. 2007. Vol. 61. P. 1—5.

11. Tomlin I.A., Kaloshkin S.D. High entropy alloys semiimpossible regular solid solutions. Mater. Sci. Technol. 2015. No. 31. P. 1231-1234.

12. Ивченко М.В., Пушин В.Г, Wanderka N. Высокоэнтропийные эквиатомные сплавы AlCrFeCoNiCu: Гипотезы и экспериментальные факты. Журн. техн. физики. 2014. No. 84 (2). C. 57-69.

13. Qiu X.-W. Microstructure and properties of AlCrFeNiCoCu high entropy alloy prepared by powder metallurgy. J. Alloys Compd. 2013. Vol. 555. P. 246-249.

14. Stepanova N.D., Shaysultanova D.G., Tikhonovsky M.A., Salishcheva G.A. Tensile properties of the Cr-Fe-Ni-Mn non-equiatomic multicomponent alloys with different Cr contents. Mater. Design. 2015. No. 87. P. 60-65.

15. Senkov O.N., Scott J.M., Senkova S.V., Meisenkothen F., Miracle D.B., Woodward C.F. Microstructure and elevated temperature properties of a refractory TaNbHfZrTi alloy. J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47. No. 9. P. 4062 -4074.

16. Stepanova N.D., Shaysultanova D.G., Yurchenkova N.Yu., Zherebtsova S.V, Ladygin A.N., Salishcheva G.A., Tikhonovsky M.A. High temperature deformation behavior and dynamic recrystallization in CoCrFeNiMn high entropy alloy. Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 636. P. 188-195.

17. He J.Y., Zhu C., Zhou D.Q., Liu W.H., Nieh TG., Lu Z.P. Steady state flow of the FeCoNiCrMn high entropy alloy at elevated temperatures. Intermetallics. 2014. Vol. 55. P. 9-14.

18. WangF.J., Zhang Y. Effect of Co addition on crystal structure and mechanical properties of TiQ^CrFeNiAlCo high entropy alloy. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 496. No. 1-2. P. 214-216.

19. Fazakas E., Zadorozhnyy V, Varga L., Inoue A., Louzguine-LuzginD.V, TianF., VitosL. Experimental and theoretical study of Ti2QZr2QHf2QNb2QX2Q (X = V or Cr) refractory high-entropy alloys. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. Vol. 47. P. 131-138.

20. Ma L.Q., Wang L.M., Zhang T, Inoue A. Bulk glass formation of Ti-Zr-Hf-Cu-M (M = Fe, Co, Ni) alloys. Mater. Trans. 2002. Vol. 43. P. 277-280.

21. Nayan N., Singh G., Murty S.V.S.N., Jha A.K., Pant B., George K.M. Hot deformation behaviour and microstructure control in AlCrCuNiFeCo high entropy alloy. Inter-metallics. 2014. Vol. 55. P. 145-153.

22. Шайсултанов Д.Г., Степанов Н.Д, Салищев Г.А., Тихоновский М.А. Влияние термической обработки на структуру и твердость высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMnVx (x = 0,25, 0,5, 0,75, 1). Физика металлов и металловедение. 2017. No. 6. С. 610-621.

23. Stepanov N., Tikhonovsky M., Yurchenko N., Zyabkin D., Klimova M., Zherebtsov S. Effect of cryo-deformation on structure and properties of CoCrFeNiMn high-entropy alloy. Intermetallics. 2015. Vol. 59. P. 8-17.

24. Tong C.J., Chen M.R., Chen S.K., Yeh J.W, Shun TT, Lin S.J., Chang S.Y. Mechanical performance of the AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements. Metall. Trans. 2005. Vol. 36. P. 12631271.

25. Li S., Wang Y.P., Ren M.X, Yang C., Fu H.Z. Effects of Mn, Ti and V on the micro structure and properties of AlCrFeCoNiCu high entropy alloy. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 498. P. 482-486.

26. Zhuang Y.X., Liu WJ, Chen Z.Y., Xue H.D., He J.C. Effect of elemental interaction on microstructure and mechanical properties of FeCoNiCuAl alloys. Mater. Sci. Eng. 2012. Vol. 556. P. 395-399.