ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА CANTORПРИ ЛЕГИРОВАНИИ

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-2(48)-69-78

Ключевые слова:

легирование, сплав Cantor, CoCrFeNiMn, упрочнение, механические свойства

Аннотация

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.

Биографии авторов

Михаил Олегович Ефимов, Сибирский государственный индустриальный университет

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессораВ.М. Финкеля

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

Ирина Алексеевна Панченко, Сибирский государственный индустриальный университет

к.т.н., доцент, заведующий научной лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений

Александр Петрович Семин

к.т.н., старший научный сотрудник, доцент кафедры инженерных конструкций, строительных технологий и материалов

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

30.06.2024

Как цитировать

Ефимов, М. О. ., Громов, В. Е. ., Коновалов, С. В. ., Панченко, И. А. ., & Семин, А. П. . (2024). ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА CANTORПРИ ЛЕГИРОВАНИИ. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(2), 69–78. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-2(48)-69-78

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 3 > >>