ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА CANTOR ПРИ ЛЕГИРОВАНИИ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-2(48)-69-78Ключевые слова:
легирование, сплав Cantor, CoCrFeNiMn, упрочнение, механические свойстваАннотация
Перспективы использования высокоэнтропийного сплава CantorCoCrFeNiMnв различных наукоемких отраслях промышленности связаны с хорошим сочетанием прочностных и пластических свойств. Начиная с 2004 года, когда был впервые создан и исследован сплав Cantor, в ведущих научных центрах мира выполнен большой объем исследований по влиянию термической обработки и других методов на его механические свойства. В научной школе СибГИУ в течение последних пяти лет решается проблема формирования высоких функциональных свойств высокоэнтропийных сплавов путем создания нанокристаллического состояния поверхности и ее упрочнения электронно-пучковойобработкой. В работе отмечена актуальность традиционного пути изменения свойств сплавов путем легирования. Выполнен краткий обзор работ за последние годы зарубежных исследователей по модифицированию (улучшению) механических свойств сплава Cantorпутем легирования разными элементами. Особое внимание уделено легированию алюминием, ниобием, цирконием, широко используемыми при легировании традиционных сплавов. При анализе работ по легированию алюминием отмечено, что замена марганца на алюминий обеспечивает микроструктурную стабильность и высокие функциональные свойства в широком диапазоне температур. Обращено внимание на перспективную стратегию получения сплава Cantorс алюминием из отходов металлургического и машиностроительного производств. Это расширяет диапазон областей практического применения сплава Cantor. Отмечены преимущества легирования цирконием: быстрота индукционной плавки, хорошая химическая однородность, низкая температура плавления из-за образования эвтектики циркония со всеми компонентами сплаваCantor. Увеличение мольной доли ниобия значительно повышает прочностные свойства сплава и его твердость. Это во многом связано с образованием фазы Лавеса. Хорошее сочетание прочности и пластичности при микролегировании ниобием углеродсодержащего сплава Cantorсвязано с формированием мелкозернистой структуры. Рассмотрены и обсуждены различные механизмы упрочнения.
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;107:110.https://doi.org/10.1007/978-3-030-78364-8
Cantor B., Chang I.T.H., Knight P.,Vincent A.J.B.Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys. Materials Science and Engineering: A.2004;375-377:213–218.https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Панченко И.А. Высокоэнтро-пийные сплавы: структура, механические свойства, механизмы деформации и применение. Известия вузов. Черная металлургия. 2021;64(4):249‒258. EDN: SPVHFX; 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 высокоэн-тропийного сплава Cantor. Известия вузов. Черная металлургия. 2021;64(8):599–605. EDN: NREFWK;https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-8-599-605
Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Ефимов М.О., Шлярова Ю.А., Панченко И.А., Коновалов С.В. Структура зоны контакта наплавка-подложка, подвергнутой электронно-пучковой обработке. Письма в журнал технической физики. 2023; 49(6):26‒31. EDN: DZFBKL;https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.06.54813.19410
Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Коновалов С.В., Шугуров В.В., Ефимов М.О., Тересов А.Д., Петрикова Е.А., Панченко И.А. Шлярова Ю.А.Структура и свойства высокоэнтропийного сплава, подвергнутого электронно-ионно-плазменной обработке. Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2022;(4):102‒116. EDN: FBKTJE. https://doi.org/10.54826/19979258_2022_4_102
Senkov O.N., Zhang C., Pilchak A.L., Payton E.J.,Woodward C., Zhang F. CALPHAD-aided devel-opment of quaternary multi-principal element re-fractory alloys based on NbTiZr. Journal of Alloys and Compounds. 2019;783:729‒742.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.325
Menou E., Tancret F., Toda-Caraballo I., Ram-stein 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 spe-cific solid solution hardening. Scripta Materi-alia. 2018;156:120‒123.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;101:56‒63.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2018.07.009
Kumar Soni V., Kumar Sinha A. Effect of al-loying elements, phases and heat treatmentson properties of high-entropy alloys: A Review. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2023;76(4):897–914 https://doi.org/10.1007/s12666-022-02777-1
Kao Yu.F., Chen T.J., Chen S.K.,Ye J.V. Microstructure and mechanical property of as-cast, homogenized, and -deformed Alx-CoCrFeNi (0 ≤ x ≤ 2) high-entropy alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2009;488(1):57–64 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.08.090
Fan K.K., Li B.S., Zhang Y. J. Influence of Al and Cu elements on the microstructure and properties of (FeCrNiCo)AlxCuyhigh-entropy alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2014;614:203–210.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.06.090
Moravcik I., Cizek J., Kovacova Z., Nejezchlebova J., Kitzmantel M., Neubauer E., Ku-bena I., Hornik V., Dlouhy I. Mechanical and microstructural characterization of powder metallurgy CoCrNi medium entropy alloy. Ma-terials Science and Engineering: A.2017;701:370–380.https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.06.086
Ge W., Wu B., Wang S., Xu S., Shang C., Zhang Z., Wang Y. Characterization and properties of CuZrAlTiNi high entropy alloy coat-ing obtained by mechanical alloying and vacu-um hot pressing sintering. Advanced Powder Technology. 2017;28:2556–2563.https://doi.org/10.1016/j.apt.2017.07.006
Karpets M.V., Myslyvchenko O.M., Makarenko O.S.,Gorban V.F., Krapivka M.O. Mechanical Prop-erties and Formation of Phases in High-Entropy CrFeNiCuCoAlxAlloys. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2015;54:344–352.https://doi.org/10.1007/s11106-015-9720-9
You D., Yang G., Choa Y.H., Kim J.K. Crack-resistant σ/FCC interfaces in the Fe40Mn40Co10Cr10 high entropy alloy with the dispersed σ-phase. Materials Science and Engineering: A.2022;831:142039.https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142039
Cao Z.H., Zhai G.Y., Ma Y.J., Ding L.P., Li P.F.,Liu H.L., Lu H.M., Cai Y.P., Wang G.J., Meng X.K.Evolution of interfacial character and its influence on strain hardening in dual-phase high en-tropy alloys at nanoscale. International Journal of Plasticity. 2021;145:103081.https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2021.103081
Nong Zh., Zhu J., Yang X., Yu H., Lai Z., Wuha J. Effects of annealing on microstruc-ture, mechanical and electrical properties of AlCrCuFeMnTi high entropy alloy. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed.2013;28:1196–1200. https://doi.org/10. 1007/s11595-013-0844-9
Chao Q., Joseph J., Annasamy M., Hodgson P., Barnett M.R., Fabijanic D. AlxCoCrFeNi high entropy alloys from metal scrap: Microstruc-ture and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds. 2024;976:173002.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173002
Colombini E., Garzoni A., Giovanardi R., Veronesi P., Casagrande A. Al, Cu and Zr addi-tion to high entropy alloys: The effect on re-crystallization temperature. Materials Science Forum. 2018;941:1137‒1142.https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.941.1137
Peng S., Lu Z., Gao S., Li H. Improved micro-structure and mechanical properties of ODS-CoCrFeNiMn high entropy alloys by different Ti, Zr and Y2O3addition. Journal of Alloys and Compounds. 2023;935(2):168166.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168166
Huo W., Zhou H., Fang F., Xie Z., Jiang J. Mi-crostructure and mechanical properties of CoCrFeNiZrxeutectic high-entropy alloys. Ma-terials & Design. 2017;134:226–233.https://doi.org/ 10.1016/j.matdes.2017.08.030
Campari E.G., Casagrande A., Colombini E., Gualtieri M.L.,Veronesi P. The effect of Zr addition on melting temperature, microstruc-ture, recrystallization and mechanical proper-ties of a Cantor high entropy alloy. Materials.2021;14(20):5994. https://doi.org/10.3390/ma14205994
Liu W.H., He J.Y., Huang H.L., Wang X., Lu Z.P., LiuC.T. Effects of Nb additions on the micro-structure and mechanical property of CoCrFeNi high-entropy alloys. Intermetallics. 2015;60:1–8. https://doi.org/10.1016/J.INTERMET.2015.01.004
He F., Wang Z., Cheng P., Wang Q., Li J., Dang Y., Wang J., Liu C.T. Designing eutectic high entropy alloys of CoCrFeNiNbx. Journal of Alloys and Compounds. 2016;656:284–289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.153
Ma S.G., Zhang Y. Effect of Nb addition on the microstructure and properties of AlCo-CrFeNi high-entropy alloy. Materials Science and Engineering: A.2012;532:480–486. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.10.110
Abbasi E., Dehghani K. Phase prediction and microstructure of centrifugally cast non-equiatomic Co‒Cr‒Fe‒Mn‒Ni(Nb,C) high entropy alloys. Journal of Alloys and Com-pounds.2019;783:292–299.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.329
Qin G., Li Z., Chen R., Zheng H., Fan C., Wang L., Su Y., Ding H., Guo J., Fu H. CoCrFeMnNi high-entropy alloys reinforced with Laves phase by adding Nb and Ti ele-ments. Journal of Materials Research. 2019;34(6):1–10. https://doi.org/10.1557/jmr.2018.468
Li R., Zhang V., Zhang Yu., Liau P.K. The ef-fects of phase transformation on the microstruc-ture and mechanical behavior of FeNiMnCr.75Alxhigh-entropy alloys. Materials Science and Engineering. A.2018;138(725):138–147 https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.04.007
Zhang L.J., Zhang M.D., Zhou Z., Fan J.T., Cui P., Yu P. F., Jing C., Ma M. Z., Liau P.K., Li G., Liu R.P. Effectsof rareearth element, Y, additions on the microstructure and me-chanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy. Materials Science and Engineering: A. 2018;437(725):437–446 https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.04.058
Shun T., Chang L., Shiu M. Microstructure and mechanical properties of multiprincipal com-ponent CoCrFeNiMoxalloys. Materials Characterization. 2012;70:63–67.https://doi.org/10.1016/j.matchar.2012.05.005
Salishchev G.A.,Tikhonovsky M.A., Shaysultanov D.G., Stepanov N.D., Kuznetsov A.V., Kolodiy I.V.,Tortika A.S., Senkov O. N. Effect of Mn and V on structure and mechanical properties of high-entropy alloys based on CoCrFeNi system. Journal of Alloys and Compounds.2014;591:11–21.http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.12.210
Shun T.T., Chang L.Y., Shiu M.H. Microstruc-tures and mechanical properties of multiprincipal component CoCrFeNiTix alloys. Materials Science and Engineering. 2012;556:170–174. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.06.075
Ai C., He F., Guo M., Zhou J., Wang Z., Yuan Z.,Guo Y., Liu Y., Liu L. Alloy design, microme-chanical and macromechanical properties of CoCrFeNiTaxeutectic high entropy alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2018;735:2653–2662. https://doi.org/10. 1016/j.jallcom.2017.12.015
Nagase T., Kakeshita T., Matsumura K., Naka-zawa K., Furuya S., Ozoe N., Yoshino K. De-velopment of Fe‒Co‒Cr‒Mn‒Ni‒C high entropy cast iron (HE cast iron) available for casting in air atmosphere. Materials and De-sign. 2019;184:108172. https://doi. org/10.1016/j.matdes.2019.108172
He F., Wang Z., Cheng P., Wang Q., Li J., Dang Y., Wang J., Liu C.T. Designing eutectic high entropy alloys of CoCrFeNiNbx. Journal of Alloys and Compounds. 2016;656:284–289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.153
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Михаил Олегович Ефимов, Виктор Евгеньевич Громов, Сергей Валерьевич Коновалов, Ирина Алексеевна Панченко, Александр Петрович Семин
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
