ВЕКТОР РАЗВИТИЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ВЭС КАНТОРА
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-3-12Ключевые слова:
высокоэнтропийный сплав CoCrFeNiMn, легирование, упрочнение, термическая обработка, программа CalphadАннотация
Созданный одним из первых более 20 лет назад высокоэнтропийный пятикомпонентный сплав CoCrFeNiMn (сплав Кантора) по-прежнему привлекает внимание исследователей в области физического материаловедения по причине возможного его применения в различных отраслях промышленности благодаря удачному сочетанию прочностных и пластических свойств. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал по управлению свойствами этого сплава. В настоящей работе выполнен обзор публикаций отечественных и зарубежных авторов по различным направлениям улучшения свойств этого сплава: легированием, выделениями, термической обработкой, использованием фазовых диаграмм Calphad. Проанализирована роль легирования бором, ванадием, алюминием, кремнием, ниобием; роль нановыделений, влияние различных режимов термической и деформационной обработок. Сделан вывод о необходимости проведения экспериментов по легированию ВЭС цирконием и ниобием, хорошо зарекомендовавшими себя в упрочнении сталей. Показано, что создание и модифицирование свойств пятикомпонентных ВЭС возможно при использовании компьютерных программ Calphad, разработанных для расчета диаграмм состояния. Проанализированные результаты публикаций по термодинамическому описанию пятикомпонентных сплавов подтверждены сравнением фазовых диаграмм с имеющимися экспериментальными данными. Показано, что на основе расчета фазовых диаграмм Calphad возможен дизайн нового поколения ВЭС.
Библиографические ссылки
Gromov V.Е., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Osintsev K.A. Structure and properties of high-entropy alloys. Springer. Advanced structured materials. 2021. 110 p.
Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Osintsev K.A., Shlyarova Yu.A., Panchenko I.A. Structure and properties of high-entropy alloys. Moscow: Science, 2021. 203 p.
Yeh J.W. Recent progress in high-entropy alloys // Annales de Chimie – Science des Matériaux. 2006. Vol. 31(6). P. 633–648. http://doi.org/10.3166/acsm.31.633-648
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. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001
Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multi-component alloys // Materials Science and Engineering A. 2004. Vol. 375-377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
George E.P., Curtin W.A., Tasan C.C. High entropy alloys: A focused review of mechanical properties and deformation mechanisms // Acta Materialia. 2020. Vol. 188. P. 435–474. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.015
Li Z., Zhao S., Ritchie R.O., Meyers M.A. Mechanical properties of high-entropy alloys with emphasis on face-centered cubic alloys // Pro- gress in Materials Science. 2019. Vol. 102. P. 296–345. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci. 2018.12.003
Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 375-377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
Otto F., Dlouhy A., Somsen C., Bei H., Eggeler G., George E.P. The influences of temperature and microstructure on the tensile properties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy // Acta Materialia. 2013. Vol. 61(15). P. 5743–5755. https://doi.org/10.1016/j. actamat.2013.06.018
Schuh B., Mendez-Martin F., Volker B., George E.P., Clemens H., Pippan R., Hohen-warter A. Mechanical properties, microstructure and thermal stability of a nanocrystalline CoCrFeMnNi high-entropy alloy after severe plastic deformation // Acta Materialia. 2015. Vol. 96. P. 258–268. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.025
Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Панченко И.А. Высокоэнтропийные сплавы: структура, механические свойства, механизмы деформации и применение // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64.№ 4. С. 249–258. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-4-249-258
Громов В.Е., Рубанникова Ю.А., Коновалов С.В., Осинцев К.А., Воробьёв С.В. Формирование улучшенных механических свойств высокоэнтропийного сплава Cantor // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 8. С. 599–605. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-8-599-605
Ikeda Y., Tanaka I., Neugebauer J., Kormann F. Impact of interstitial C on phase stability and stackingfault energy of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy // Physical Review Materials. 2019. Vol. 3. Article 113603. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.3.113603
Listyawan T.A., Lee H., Park N., Lee U. Microstructure and mechanical properties of CoCrFeMnNi high entropy alloy with ultrasonic nanocrystal surface modification process // Journal of Materials Science and Technology.2020. Vol. 57. P. 123–130. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.02.083
Guo L.,WuW., Ni S., Yuan Z., Cao Y.,Wang Z., Song M. Strengthening the FeCoCrNiMo0,15 HEA by gradient structure // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 841. Article 155688. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155688
Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // Физика металлов и металловедение. 2020. Т. 121. № 8. С. 807–841. https://doi.org/10.31857/S0015323020080094
Raturi A., Aditya C.J., Gurao N.P., Biswak K. ICME approach to explore equiatomic and non-equiatomic single phase BCC refractory high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 806. P. 587–595. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.06.387
Senkov O.N., Zhang C., Pilchak A.L., Payton E.J., Woodward C., Zhang F. CALPHAD-aided development of quaternary multi-principal element refractory alloys based on NbTiZr // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 783. P. 729–742. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.325
Menou E., Tancret F., Toda-Caraballo I., Ramstein G., Castany P., Bertrand E., Gautier N., Rivera Díaz-Del- Castillo P.E.J. Computational design of light and strong high entropy alloys (HEA): Obtainment of an extremely high specific solid solution hardening // Scripta Materialia. 2018. Vol. 156. P. 120–123. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.07.024
Tapia A.J.S.E, Yim D., Kim H.S., Lee B.-J. An approach for screening single phase high-entropy alloys using an in-house thermodynamic database // Intermetallics. 2018. Vol. 101. P. 56–63. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2018.07.009
Alaneme K.K., Bodunrin M.O., Oke S.R. Processing, alloy composition and phase transition effect on the mechanical and corrosion properties of high entropy alloys: a review // Journal of Materials Research and Technology. 2016. Vol. 5(4). P. 384–393. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.03.004
High-Entropy Alloys. Second edition / B.S. Murty, J.W. Yeh, Ranganathan S., P.P. Bhattacharjee. Amsterdam: Elsevier, 2019. 374 p.
Zhang Y. High-Entropy Materials. A brief introduction. Singapore: Springer Nature, 2019. 159 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-8526-1
Yamanaka S., Ikeda Ki., Miura S. The effect of titanium and silicon addition on phase equilibrium and mechanical properties of CoCrFeMnNi-based high entropy alloy // Journal of Materials Research. 2021. Vol. 36. P. 2056–2070. https://doi.org/10.1557/s43578-021-00251-0
Algan Şimşek İ.B., Arık M.N., Talaş Ş., Kurt A. The Effect of B Addition on the Microstructural and Mechanical Properties of FeNiCoCrCu High Entropy Alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2021. Vol. 52. P. 1749-1758. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06186-9
Shim S.H., Pouraliakbar H., Lee B.J., Kim Y.K., Rizi M.S., Hong S.I. Strengthening and deformation behavior of as-cast CoCrCu1.5MnNi high entropy alloy with micro-/nanoscale precipitation // Materials science and Engineering A. 2022. Vol. 853. Article 143729. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143729
He Z., Guo Y., Sun L., Yan H.-L., Guan X., Jiang S., Shen Y., Yin W., Zhao X., Li Z., Jia N. Interstitial-driven local chemical order enables ultrastrong face-centered cubic multicomponent alloys // Acta Materialia. 2023. Vol. 243. Article 118495. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118495
Knieps M.S., Messe O.M.D.M., BarrioberoVila P., Hecht U. Advanced characterization of two novel Fe-rich high entropy alloys developed for laser powder bed fusion in the Al-Co-Cr-Fe-Ni-Zr system // Materialia. 2022. Vol. 26. Article 101615. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2022.101615
Abbasi E., Dehghani K. Phase prediction and microstructure of centrifugally cast nonequiatomic Co–Cr–Fe–Mn–Ni(Nb,C) high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 783. P. 292–299. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.329
Conway P.L.J., Klaver T.P.C., Steggo J., Ghassemali E. High entropy alloys towards industrial applications: High-throughput screening and experimental investigation // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 830. Article 142297. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142297
Abrahams K., Zomorodpoosh S., Khorasgani A., Roslyakova I., Steinbach I., Kundin J. Automated assessment of a kinetic database for fcc Co–Cr–Fe–Mn–Ni high entropy alloys // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 29. No. 5. Article 055007. https://doi.org/10.1088/1361-651X/abf62b
Shafiei A. Simple approach to model the strength of solid-solution high entropy alloys in Co–Cr–Fe–Mn–Ni system // Strength of materials. 2022. Vol. 54. P. 705–716. https://doi.org/10.1007/s11223-022-00448-6
Do H-S., Choi W., Byeong-Joo L. A thermodynamic description for the Co–Cr–Fe–Mn–Ni system // Journal of Materials Science. 2022. Vol. 57. P. 1373–1389. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06604-8
Gao N., Lu D.H., Zhao Y.Y., Liu X.W., Liu G.H., Wu Y., Liu G., Fan Z.T., Lu Z.P., George E.P. Strengthening of a CrMnFeCoNi high-entropy alloy by carbide precipitation // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 792. P. 1028–1035. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.121
Jo Y.H., Jung S., Choi W.-M., Sohn S.S., Kim H.S., Lee B.-J., Kim N.J., Lee S. Cryogenic strength improvement by utilizing roomtemperature deformation twinning in a partially recrystallized VCrMnFeCoNi high-entropy alloy // Nature Communications. 2017. Vol. 8. Article 15719. https://doi.org/10.1038/ncomms 15719
Lu Y., Dong Y., Guo S., Jiang L., Kang H., Wang T., Wen B., Wang Z., Jie J., Cao Z., Ruan H., Li T. A Promising New Class of High-Temperature Alloys: Eutectic High-Entropy Alloys // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. Article 6200. https://doi.org/10.1038/srep06200
Otto F., Dlouhý A., Pradeep K.G., Kuběnová M., Raabe D., Eggeler G., George E.P. Decomposition of the single-phase high-entropy alloy CrMnFeCoNi after prolonged anneals at intermediate temperatures // Acta Materialia. 2016. Vol. 112. P. 40–52. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.04.005
Stepanov N.D., Shaysultanov D.G., Ozerov M.S., Zherebtsov S.V., Salishchev G.A. Second phase formation in the CoCrFeNiMn high entropy alloy after recrystallization annealing // Materials Letters. 2016. Vol. 185. P. 1–4. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.08.088
Shafiei A. Design of Eutectic high entropy alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2022. Vol. 53. P. 4329–4361. https://doi.org/10.1007/s11661-022-06831-x
Wani I.S., Bhattacharjee T., Sheikh S., Bhattacharjee P.P., Guo S., Tsuji N. Tailoring nanostructures and mechanical properties of AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloy using thermo-mechanical processing // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 675. P. 99–109. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.08.048
Zhang P.C., Zhai B., Wang H.P. Effect of microstructure, strain rate, and elevated temperature on the compression property of Fe–Co–Ni–Cr–Zr Alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. 2023. Vol. 54. P. 346–357. https://doi.org/10.1007/s11661-022-06887-9
Wu M., Wang S., Huang H., Shu D., Sun B. CALPHAD aided eutectic high-entropy alloy design // Materials Letters. 2020. Vol. 262. Article 127175. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.127175
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Виктор Евгеньевич Громов, Сергей Валерьевич Коновалов, Сиджан Чен, Михаил Олегович Ефимов, Ирина Алексеевна Панченко, Виталий Владиславович Шляров
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
