Структурно-фазовые превращения при деформации сплавов Fe-Co-V методом кручения под высоким давлением

Сплавы Fe-Co относятся к классу магнитно-мягких материалов и обладают при комнатной температуре очень высоким значением намагниченности насыщения σ. В частности, сплав Fe-Co с эквиатомным соотношением компонентов имеет при комнатной температуре максимальное значение σ среди всех известных ферромагнитных материалов. К сожалению, уникальные магнитные свойства этих сплавов (особенно Fe-Co) трудно реализовать из-за их высокой хрупкости, которая обусловлена главным образом формированием в структуре дальнего атомного упорядочения по типу В2. Для повышения пластичности сплавы Fe-Co легируют ванадием, но при этом снижаются основные магнитные характеристики. В данной статье с помощью рентгеноструктурного анализа, просвечивающей электронной микроскопии и магнитометрии проанализировано влияние кручения под высоким давлением при температурах 77 и 295 К на структуру и фазовый состав магнитно-мягких сплавов (Fe-Co)_100-xV_x (x=0–6,0). В качестве основного структурного параметра до и после деформации анализировалась величина объемной доли γ-фазы в ОЦК магнитной матрице. Установлено, что пластическая деформация приводит к подавлению образования избыточной γ-фазы в сплавах, содержащих (3,0–6,0) % V. Показано, что исчезновение γ-фазы наблюдается по мере роста деформации методом кручения под высоким давлением сначала в сплавах с высоким содержанием ванадия и при деформационном воздействии при более высокой температуре (295 К). Сделано заключение, что обнаруженный эффект является следствием протекания мартенситного превращения γ→α, обусловленного деформацией, по аналогии с ТРИП-эффектом. Выявлено, что подавление парамагнитной γ-фазы ведет к заметному повышению удельной намагниченности насыщения.

1. Sourmail T. Near equiatomic FeCo alloys: constitution, mechanical and magnetic propertie // Progress in Materials Science. 2005. Vol. 50. № 7. P. 816–860.

2. Nabi B., Helbert A.L., Brisset F., Andre G., Waeckerle T., Baudin T. Effect of recrystallization and degree of order on the magnetic and mechanical properties of soft magnetic FeCo-2V alloy // Materials science and engineering a-structural materials properties microstructure and processing. 2013. Vol. 578. P. 215–221.

3. Turk C., Leitner H., Kellezi G., Clemens H., Gan W.M., Staron P., Primig S. Impact of the B2 ordering behavior on the mechanical properties of a FeCoMo alloy // Materials science and engineering a-structural materials properties microstructure and processing. 2016. Vol. 662. P. 511–518.

4. Glezer A.M., Muradimova L.F., Shirshikov S.O., Shchetinin I.V., D`yakonov D.L., Tomchuk A.A. Effect of large plastic deformations in Bridgman chamber on the structure and properties of FeCo-V alloys // Bulletin of the Russian Academy Sciences: Physics. 2019. Vol. 83. № 10. P. 1250–1260.

5. Hasani S., Shafyei A., Shamanian M., Behjati P., Mostaan H., Juuti T., Szpunar J. Correlation Between Magnetic Properties and Allotropic Phase Transition of Fe-Co-V alloy // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2015. Vol. 28. № 8. P. 1055–1058.

6. Ashby J.A., Flower H.M., Rawlings R.D. Gamma phase in an Fe-Co-2%V alloy // Metal Science. 1977. Vol. 11. № 3. P. 91–96.

7. Pitt C.D., Rawlings R.D. Microstructure of Fe-Co-2V and Fe-Co-V-Ni alloys containing 1•8–7•4 wt.% Ni // Metal Science. 1981. Vol. 15. P. 369–376.

8. Mahajan S., Pinnel M.R., Bennet J.E. Influence of heat treatments on microstructures in an Fe-Co-V alloy // Metall Trans. 1974. Vol. 5. № 6. P. 1263–1272.

9. Bennet J.E., Pinnel M.R. Aspects of phase equilibria in Fe/Co/2.5 to 3.0% V alloys // Journal of Materials Science. 1974. Vol. 9. № 7. P. 1083–1090.

10. Fiedler H.S., Davies A.M. The formation of gamma phase in Vanadium Permendur // Metallurgical Transactions. 1970. Vol. 1. № 4. P. 1036–1037.

11. Foster W., Schmid H. Iron-Cobalt-Vanadium Ternary System. Part I // Archiv Eisenhuttenw. 1955. Vol. 10. P. 345–353.

12. Glezer A.M., Sundeev R.V. General view of severe plastic deformation in solid state // Materials Letters. 2015. Vol. 139. P. 455–457.

13. Shabashov V., Sagaradze V., Kozlov K., Ustyugov Y. Atomic Order and Submicrostructure in Iron Alloys at Megaplastic Deformation // Metals. 2018. Vol. 8. № 12. P. 995–1018.

14. Straumal B.B., Pontikis V., Kilmametov A.R., Mazilkin A.A., Dobatkin S.V., Baretzky B. Competition between precipitation and dissolution in Cu–Ag alloys under high pressure torsion // Acta Materialia. 2017. Vol. 122. P. 60–71.

15. Susan D.F., Jozaghi T., Karaman I., Rodelas J.M. Equal channel angular extrusion for bulk processing of Fe-Co-2V soft magnetic alloys. Part I: Processing and mechanical properties // Journal of Materials Research. 2018. Vol. 33. № 15. P. 2168–2175.

16. Poudyal N., Rong C., Zhang Y., Wang D., Kramer M.J., Hebert R.J., Ping Liu J. Self-nanoscaling in FeCo alloys prepared via severe plastic deformation // Journal of Alloys and Compounds. 2012. Vol. 521. P. 55–59.

17. Wu L.-Z., Chen J., Du Z.-Z., Wang J.-T. Microstructures of ultra-fine grained FeCoV alloys processed by ECAP plus cold rolling and their evolutions during tempering // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010. Vol. 20. № 4. P. 602–606.

18. Scheriau S., Rumpf K., Kleber S., Pippan R. Tailoring the Magnetic Properties of Ferritic Alloys by HPT // Materials Science Forum. 2008. Vol. 584-586. P. 923–928.

19. Advanced integrated X-ray powder diffraction suite PDXL 2 // Rigaku Journal. 2012. Vol. 28. № 1. P. 29–30.

20. Pitt C.D., Rawlings R.D. Microstructure of Fe-Co-2V and Fe-Co-V-Ni alloys containing 1•8-7•4 wt-%Ni // Metal Science. 1981. Vol. 15. № 8. P. 369–376.

21. Kakeshita T., Saburi T., Kindo Sh., Endo K. Effect of Magnetic Field and Hydrostatic Pressure on Martensitic Transformation and Its Kinetics // Japanese Journal of Applied Physics. Part 1: Regular papers and short notes and review papers. 1997. Vol. 36. № 12. P. 7083–7091.

22. Roitburd A.L., Kurdyumov G.V. The nature of the martensitic transformation // Materials Science and Engineering. 1979. Vol. 39. № 2. P. 141–167.

23. Shurygina N.A., Cheretaeva A.O., Glezer A.M., D`yakonov D.L., Shchetinin I.V., Sundeev R.V., Tomchuk A.A., Muradimova L.F. Effect of the Temperature of Megaplastic Deformation in a Bridgman Chamber on the Formation of Structures and the Physicochemical Properties of Titanium (BT1-0) // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2018. Vol. 82. № 9. P. 1113–1124.

24. Waitz T., Tsuchiya K., Antretter T., Fischer F.D. Phase Transformations of Nanocrystalline Martensitic Materials // MRS Bulletin. 2009. Vol. 34. № 11. P. 814–823.

25. Glezer A.M., Blinova E.N., Pozdnyakov V.A., Shelyakov A.V. Martensite Transformation in Nanoparticles and Nanomaterials // Journal of Nanoparticle Research. 2003. Vol. 5. № 5-6. P. 551–560.

26. Persiano A.I.C., Rawlings R.D. A Mössbauer Investigation of Equiatomic FeCo with Vanadium and Niobium Additions // Physica Status Solidi (a). 1987. Vol. 103. № 2. P. 547–556.