Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Для всех пластически деформированных металлических сплавов характерно наличие дефектов кристаллической структуры, повышающих внутреннюю энергию системы. Эти дефекты также приводят к появлению остаточных напряжений, которые оказывают сложное влияние на свойства материала. Наиболее критичными с точки зрения эксплуатации изделия часто оказываются макронапряжения, которые могут приводить к его короблению, снижению коррозионной стойкости и изменению прочностных характеристик. Целью данной работы являлась оценка остаточных напряжений фазы с примитивной кубической решеткой, характерной для высокоэнтропийных сплавов Al0,6CoCrFeNi и AlCoCrFeNi. Методы исследования. Кристаллическое строение сплавов исследовалось с использованием метода рентгеноструктурного анализа. Эксперименты по рентгеноструктурному анализу проводили в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения на ускорителе ВЭПП-4 (г. Новосибирск, ИЯФ СО РАН, линия 5-А «Рентгеновская микроскопия и томография»). Исследования с использованием синхротронного излучения были проведены в режиме «на просвет». Оценка остаточных макронапряжений кристаллических фаз сплавов Al0,3CoCrFeNi и Al0,6CoCrFeNi основывалась на анализе изменения формы дифракционных колец при изменении азимутального угла c. Материалы исследования. В данной работе объектами исследований являлись слитки высокоэнтропийных сплавов Al0,6CoCrFeNi и AlCoCrFeNi. Слитки были получены из чистых металлов методом аргонодуговой плавки с охлаждением на медной подложке. Для проведения дальнейших исследований из слитков вырезались цилиндрические образцы, которые подвергались пластической деформации по схеме одноосного сжатия. Результаты и обсуждение. Результаты анализа указывают на тот факт, что в сплаве Al0,6CoCrFeNi для данной фазы характерно наличие более высоких значений макронапряжений по сравнению со сплавом AlCoCrFeNi. Остаточная деформация решетки B2 фазы вдоль направления [100], входящей в состав сплава AlCoCrFeNi, составила 2,5 % при внешней нагрузке 2500 МПа, в то время как значение искажения решетки данной фазы для сплава Al0,6CoCrFeNi равно 5,5 % при аналогичных внешних условиях. Кроме того, пластическая деформация ВЭС Al0,6CoCrFeNi не привела к его разрушению. Это позволяет сделать вывод, что повышенная пластичность данного сплава связана не только с наличием фазы с гранецентрированной кубической решеткой, но и повышенной податливастью фазы с примитивной решеткой.

Об авторах

И. В. Иванов

Email: i.ivanov@corp.nstu.ru
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, i.ivanov@corp.nstu.ru

А. Б. Юргин

Email: yurgin2012@yandex.ru
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, yurgin2012@yandex.ru

И. Е. Насенник

Email: goga.mer@mail.ru
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, goga.mer@mail.ru

К. Э. Купер

Email: k.e.kuper@inp.nsk.su
канд. физ.-мат. наук, ЦКП «СКИФ», Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, k.e.kuper@inp.nsk.su

Список литературы

  1. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода / З.Б. Батаева, А.А. Руктуев, И.В. Иванов, А.Б. Юргин, И.А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 116–146. – doi: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-116-146.
  2. Tensile and shear loading of four fcc high-entropy alloys: a first-principles study / X. Li, S. Schönecker, W. Li, L.K. Varga, D.L. Irving, L. Vitos // Physical Review B. – 2018. – Vol. 97 (9). – P. 1–9. – doi: 10.1103/PhysRevB.97.094102.
  3. Горбань В.Ф., Крапивка Н.А., Фирстов С.А. Высокоэнтропийные сплавы – электронная концентрация – фазовый состав – параметр решетки – свойства // Физика металлов и металловедение. – 2017. – Т. 118, № 10. – С. 1017–1029. – doi: 10.7868/S0015323017080058.
  4. Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // Физика металлов и металловедение. – 2020. – Т. 121, № 8. – С. 807–841. – doi: 10.31857/S0015323020080094.
  5. George E.P., Raabe D., Ritchie R.O. High-entropy alloys // Nature Reviews Materials. – 2019. – Vol. 4. – P. 515–534. – doi: 10.1038/s41578-019-0121-4.
  6. Sharma P., Dwivedi V.K., Dwivedi S.P. Development of high entropy alloys: a review // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 43. – P. 502–509. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.023.
  7. Understanding the physical metallurgy of the CoCrFeMnNi high-entropy alloy: an atomistic simulation study / W.M. Choi, Y.H. Jo, S.S. Sohn, S. Lee, B.J. Lee // Npj Computational Materials. – 2018. – Vol. 4 (1). – P. 1–9. – doi: 10.1038/s41524-017-0060-9.
  8. Strength can be controlled by edge dislocations in refractory high-entropy alloys / C. Lee, F. Maresca, R. Feng, Y. Chou, T. Ungar, M. Widom, K. An, J.D. Poplawsky, Y.C. Chou, P.K. Liaw, W.A. Curtin // Nature Communications. – 2021. – Vol. 12 (1). – P. 1–8. – doi: 10.1038/s41467-021-25807-w.
  9. Ikeda Y., Grabowski B., Körmann F. Ab initio phase stabilities and mechanical properties of multicomponent alloys: a comprehensive review for high entropy alloys and compositionally complex alloys // Materials Characterization. – 2019. – Vol. 147. – P. 464–511. – doi: 10.1016/j.matchar.2018.06.019.
  10. Effect of Sc and Y addition on the microstructure and properties of HCP-structured high-entropy alloys / T. Huang, H. Jiang, Y. Lu, T. Wang, T. Li // Applied Physics A: Materials Science and Processing. – 2019. – Vol. 125 (3). – P. 1–5. – doi: 10.1007/s00339-019-2484-1.
  11. Predictive multiphase evolution in Al-containing high-entropy alloys / L.J. Santodonato, P.K. Liaw, R.R. Unocic, H. Bei, J.R. Morris // Nature Communications. – 2018. – Vol. 9 (1). – P. 1–10. – doi: 10.1038/s41467-018-06757-2.
  12. Wang W.R., Wang W.L., Yeh J.W. Phases, microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys at elevated temperatures // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 589. – P. 143–152. – doi: 10.1016/j.jallcom.2013.11.084.
  13. Memon B.A., Yao H. High-pressure induced phase transitions in high-entropy alloys: a review // Entropy. – 2019. – Vol. 21 (3). – P. 88–92. – doi: 10.3390/e21030239.
  14. Applications of high-pressure technology for high-entropy alloys: a review / W. Dong, Z. Zhou, M. Zhang, Y. Ma, P. Yu, P.K. Liaw, G. Li // Metals. – 2019. – Vol. 9 (8). – P. 2–16. – doi: 10.3390/met9080867.
  15. Microstructure and mechanical properties of AlCoCrFeNi high entropy alloys produced by spark plasma sintering / P.F. Zhou, D.H. Xiao, Z. Wu, M. Song // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6 (8). – doi: 10.1088/2053-1591/ab2517.
  16. Структура высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi после деформации по схеме одноосного сжатия и термической обработки / И.В. Иванов, К.И. Эмурлаев, А.А. Руктуев, А.Г. Тюрин, И.А. Батаев // Известия вузов. Черная металлургия. – 2021. – Т. 64, № 10. – С. 736–746. – doi: 10.17073/0368-0797-2021-10-736-746.
  17. Feuerbacher M. Dislocations and deformation microstructure in a B2-ordered Al28Co20Cr11Fe15Ni26 high-entropy alloy // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6. – P. 1–9. – doi: 10.1038/srep29700.
  18. The BCC/B2 morphologies in AlxNiCoFeCr high-entropy alloys / Y. Ma, B. Jiang, C. Li, Q. Wang, C. Dong, P.K. Liaw, F. Xu, L. Sun // Metals. – 2017. – Vol. 7 (2). – doi: 10.3390/met7020057.
  19. The effects of annealing at different temperatures on microstructure and mechanical properties of cold-rolled Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy / Z. Zhu, T. Yang, R. Shi, X. Quan, J. Zhang, R. Qiu, B. Song, Q. Liu // Metals. – 2021. – Vol. 11 (6). – doi: 10.3390/met11060940.
  20. Русаков А.А. Рентгенография металлов. – М.: Атомиздат, 1977. – 479 с.
  21. Application of different diffraction peak profile analysis methods to study the structure evolution of cold-rolled hexagonal α-titanium / I.V. Ivanov, D.V. Lazurenko, A. Stark, F. Pyczak, A. Thömmes, I.A. Bataev // Metals and Materials International. – 2020. – Vol. 26 (1). – P. 83–93. – doi: 10.1007/s12540-019-00309-z.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).