ВЕКТОР РАЗВИТИЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ВЭС КАНТОРА

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-3-12

Ключевые слова:

высокоэнтропийный сплав CoCrFeNiMn, легирование, упрочнение, термическая обработка, программа Calphad

Аннотация

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.

Биографии авторов

Виктор Евгеньевич Громов, Сибирский государственный индустриальный университет

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Сергей Валерьевич Коновалов, Сибирский государственный индустриальный университет

д.т.н., профессор, проректор по научной и инновационной деятельности

Сиджан Чен, Университета Вэньчжоу

PhD, профессор, профессор университета Вэньчжоу

Михаил Олегович Ефимов, Сибирский государственный индустриальный университет

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Ирина Алексеевна Панченко, Сибирский государственный индустриальный университет

к.т.н., заведующий лабораторией электронной микроскопии и обработки изображений

Виталий Владиславович Шляров, Сибирский государственный индустриальный университет

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля, научный сотрудник лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений

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

30.06.2023

Как цитировать

Громов, В. Е., Коновалов, С. В., Чен, С. ., Ефимов, М. О., Панченко, И. А., & Шляров, В. В. (2023). ВЕКТОР РАЗВИТИЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ВЭС КАНТОРА. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(2), 3–12. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-3-12

Выпуск

Раздел

Физика конденсированного состояния

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>