ВЕКТОР РАЗВИТИЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ВЭС КАНТОРА

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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

4. 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

5. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multi-component alloys // Materials Science and Engi-neering A. 2004. Vol. 375-377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257

6. 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

7. Li Z., Zhao S., Ritchie R.O., Meyers M.A. Mechanical properties of high-entropy alloys with emphasis on face-centered cubic alloys // Progress in Materials Science. 2019. Vol. 102. P. 296–345. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci. 2018.12.003

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. Vol. 375-377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/j. msea.2003.10.257

9. 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. ac-tamat.2013.06.018

10. Schuh B., Mendez-Martin F., Volker B., George E.P., Clemens H., Pippan R., Hohen-warter A. Mechanical properties, microstruc-ture 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

11. Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Панченко И.А. Высокоэнтропий-ные сплавы: структура, механические свойства, механизмы деформации и применение // Изве-стия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 4. С. 249–258. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-4-249-258

12. Громов В.Е., Рубанникова Ю.А., Ко-новалов С.В., Осинцев К.А., Воробьёв С.В. Формирование улучшенных ме-ханических 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

13. Ikeda Y., Tanaka I., Neugebauer J., Kormann F. Im-pact of interstitial C on phase stability and stacking-fault energy of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy // Physical Review Materials. 2019. Vol. 3. Article 113603. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials. 3.113603

14. Listyawan T.A., Lee H., Park N., Lee U. Mi-crostructure 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

15. Guo L., Wu W., 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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. scrip-tamat.2018.07.024

20. 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

21. 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

22. High-Entropy Alloys. Second edition / B.S. Murty, J.W. Yeh, Ranganathan S., P.P. Bhattacharjee. Amsterdam: Elsevier, 2019. 374 p.

23. Zhang Y. High-Entropy Materials. A brief introduction. Singapore: Springer Nature, 2019. 159 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-8526-1

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. Knieps M.S., Messe O.M.D.M., Barriobero-Vila 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

29. 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. Vol. 783. P. 292–299. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.329

30. 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

31. 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

32. 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

33. Do H-S., Choi W., Byeong-Joo L. A thermo-dynamic 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

34. 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

35. 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 room-temperature deformation twinning in a partially recrystallized VCrMnFeCoNi high-entropy alloy // Nature Communications. 2017. Vol. 8. Article 15719. https://doi.org/10.1038/ncomms 15719

36. 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

37. 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

38. Stepanov N.D., Shaysultanov D.G., Ozerov M.S., Zherebtsov S.V., Salishchev G.A. Se-cond 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

39. Shafiei A. Design of Eutectic high entropy alloys // Metallurgical and Materials Transac-tions A. 2022. Vol. 53. P. 4329–4361. https://doi.org/10.1007/s11661-022-06831-x

40. 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

41. 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

42. 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