Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Влияние химического состава на твердорастворное и деформационное упрочнение монокристаллов ГЦК высокоэнтропийных сплавов

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-1-15-23

Полный текст:

Аннотация

Характерной особенностью высокоэнтропийных сплавов является высокая прочность при сохранении пластичности, износостойкость, коррозионная стойкость, а также вязкость разрушения при криогенных температурах. В настоящее время наиболее изученным высокоэнтропийным соединением является CoCrFeNiMn. Однако его применение ограничено в высокотемпературной области из-за низких значений уровня деформирующих напряжений на пределе текучести при Т>296 К. Одним из известных способов повышения прочности материала является добавление атомов замещения большего атомного радиуса, одними из которых являются Al, Ti, Mо. В работе проведен анализ механического поведения монокристаллов ГЦК высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMn и CoCrFeNiMо (ат. %), ориентированных вдоль [001] направления: исследованы температурная зависимость критических скалывающих напряжений τкр(Т) в интервале Т=77–973 К, тип дислокационной структуры, коэффициент деформационного упрочнения θII, пластичность и разрушение при Т=296 К при деформации растяжением. Показано, что легирование атомами Mo 4 ат. % системы CoCrFeNi (ат. %) приводит к твердорастворному упрочнению, и критические скалывающие напряжения τкр увеличиваются во всем исследованном интервале температур. Начало пластической деформации связано со скольжением при всех температурах испытания. При Т=296 К в CoCrFeNiMо обнаружена планарная дислокационная структура с плоскими скоплениями дислокаций и дислокационными сетками, тогда как в эквиатомном CoCrFeNiMn при данной температуре испытания наблюдается однородное распределение дислокаций в нескольких системах без плоских скоплений. Коэффициент деформационного упрочнения, пластичность, а также уровень напряжений перед разрушением оказываются близкими в [001]-кристаллах высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMо и CoCrFeNiMn, что определяется развитием деформации скольжения одновременно в нескольких системах. Разрушаются кристаллы при 296 К при одинаковом уровне напряжений вязко.

Об авторе

Анна Вячеславовна Выродова
Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск
Россия

аспирант, младший научный сотрудник



Список литературы

1. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. Microstructures and properties of high-entropy alloys // Progress in Materials Science. 2014. Vol. 61. P. 1–93. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2013.10.001.

2. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Materialia. 2017. Vol. 122. P. 448–511. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.08.081.

3. Li Z.Z., Zhao S.T., Ritchie R.D., Meyers M.A. Mechanical properties of high-entropy alloys with emphasis on face-centered cubic alloys // Progress in Materials Science. 2019. Vol. 102. P. 296–345. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.12.003.

4. George E.P., Raabe D., Ritchie R.O. High-entropy alloys // Nature Reviews Materials. 2019. Vol. 4. № 8. P. 515–534. DOI: 10.1038/s41578-019-0121-4.

5. Gludovatz B., Hohenwarter A., Catoor D., Chang E.H., George E.P., Ritchie R.O. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications // Science. 2014. Vol. 345. № 6201. P. 1153–1158. DOI: 10.1126/science.1254581.

6. Ye Y.F., Wang Q., Lu J., Liu C.T., Yang Y. High-entropy alloy: challenges and prospects // Materials Today. 2016. Vol. 19. № 6. P. 349–362. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.11.026.

7. Otto F., Dlouhy A., Somsen C., Bei H., Eggeler G., George E.P. The influence of temperature and microstructure on the tensile properties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. № 15. P. 5743–5755. DOI: 10.1016/j.actamat.2013.06.018.

8. Laplanche G., Kostka A., Horst O.M., Eggeler G., George E.P. Microstructure evolution and critical stress for twinning in the CrMnFeCoNi high-entropy alloy // Acta Materialia. 2016. Vol. 118. P. 152–163. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.07.038.

9. Joo S.-H., Kato H., Jang M.J., Moon J., Tsai C.W., Yeh J.W., Kim H.S. Tensile deformation behavior and deformation twinning of an equimolar CoCrFeMnNi high-entropy alloy // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2017. Vol. 689. P. 122–133. DOI: 10.1016/j.msea.2017.02.043.

10. Yasuda H.Y., Shigeno K., Nagase T. Dynamic strain aging of Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy single crystals // Scripta Materialia. 2015. Vol. 108. P. 80–83. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2015.06.022.

11. Zhao Y.Y., Chen H.W., Lu Z.P., Nieh T.G. Thermal stability and oarsening of coherent particles in a precipitation-hardened (NiCoFeCr)94Ti2Al4 high-entropy alloy // Acta Materialia. 2018. Vol. 147. P. 184–194. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.049.

12. Yasuda H.Y., Miyamoto H., Cho K., Nagase T. Formation of ultrafine-grained microstructure in Al0.3CoCrFeNi // Materials Letters. 2017. Vol. 199. P. 120–123. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.04.072.

13. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2004. Vol. 375–377. P. 213–218. DOI: 10.1016/j.msea.2003.10.257.

14. Li D.Y., Zhang Y. The ultrahigh charpy impact toughness of forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys at room and cryogenic temperatures // Intermetallics. 2016. Vol. 70. P. 24–28. DOI: 10.1016/j.intermet.2015.11.002.

15. Wu Z., Gao Y.F., Bei H. Single crystal plastic behavior of a single-phase, face-center-cubic-structured, equiatomic FeNiCrCo alloy // Scripta Materialia. 2015. Vol. 109. P. 108–112. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2015.07.031.

16. Ma S.C., Zhang S.F., Qiao J.W., Wang Z.H., Gao M.C., Jiao Z.M., Yang H.J., Zhang Y. Superior high tensile elongation of a single-crystals CoCrFeNiAl0.3 high-entropy alloy by Bridgman solidification // Intermetallics. 2014. Vol. 54. P. 104–109. DOI: 10.1016/j.intermet.2014.05.018.

17. Cai B., Liu B., Kabra S., Wang Y.Q., Yan K., Lee P.D., Liu Y. Deformation mechanisms of Mo alloyed FeCoCrNi high entropy alloy: In situ neutron diffraction // Acta Materialia. 2017. Vol. 127. P. 471–480. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.01.034.

18. Tawancy H.M. On the tensile strength of medium entropy Fe30Ni30Cr20Co17Mo2W1 alloy with high microstructural stability // Materials science and engineering a-structural materials properties microstructure and processing. 2020. Vol. 781. Article number 139239. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139239.

19. Byrnes M.L.G., Gruyicic M., Owen W.S. Nitrogen strengthening of a stable austenitic stainless steel // Acta Merallurgica. 1987. Vol. 35. № 7. P. 1853–1862. DOI: 10.1016/0001-6160(87)90131-3.

20. Kireeva I.V., Chumlyakov Yu.I., Pobedennaya Z.V., Vyrodova A.V., Karaman I. Twinning in [001]-oriented single crystals of CoCrFeMnNi high-entropy alloy at tensile deformation // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2018. Vol. 713. P. 253–259. DOI: 10.1016/j.msea.2017.12.059.


Рецензия

Для цитирования:


Выродова А.В. Влияние химического состава на твердорастворное и деформационное упрочнение монокристаллов ГЦК высокоэнтропийных сплавов. Frontier Materials & Technologies. 2022;(1):15-23. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-1-15-23

For citation:


Vyrodova A.V. The influence of chemical composition on solid solution and strain hardening of single crystals of FCC high-entropy alloys. Frontier Materials & Technologies. 2022;(1):15-23. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-1-15-23

Просмотров: 129


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)