ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА CANTOR ПРИ ЛЕГИРОВАНИИ

Перспективы использования высокоэнтропийного сплава Cantor CoCrFeNiMn в 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-пучковой обработкой. 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 Cantor путем 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 Cantor с 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 сплава Cantor. 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 Cantor связано с формированием мелкозернистой структуры. Рассмотрены и обсуждены различные механизмы упрочнения.

1. Gromov V.Е., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Osintsev K.A. Structure and properties of high-entropy alloys. Springer. Advanced struc-tured materials. 2021;107:110.

2. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78364-8

3. 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.

4. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257

5. Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Панченко И.А. Высоко-энтропийные сплавы: структура, механиче-ские свойства, механизмы деформации и применение. Известия вузов. Черная ме-таллургия. 2021;64(4):249‒258. EDN: SPVHFX; https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-4-249-258

6. 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. Чер-ная металлургия. 2021;64(8):599–605. EDN: NREFWK;

7. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-8-599-605

8. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Ефимов М.О., Шля-рова 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;

9. https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.06.54813.19410

10. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Коновалов С.В., Шу-гуров В.В., Ефимов М.О., Тересов А.Д., Петрико-ва Е.А., Панченко И.А. Шлярова Ю.А. Структу-ра и свойства высокоэнтропийного сплава, подвергнутого электронно-ионно-плазменной обработке. Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2022;(4):102‒116. EDN: FBKTJE.

11. https://doi.org/10.54826/19979258_2022_4_102

12. Senkov O.N., Zhang C., Pilchak A.L., Payton E.J., Woodward C., Zhang F. CALPHAD-aided develop-ment of quaternary multi-principal element refracto-ry alloys based on NbTiZr. Journal of Alloys and Compounds. 2019;783:729‒742.

13. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.325

14. Menou E., Tancret F., Toda-Caraballo I., Ramstein G., Castany P., Bertrand E., Gautier N., Rivera Díaz-Del- Castillo P.E.J. Computa-tional design of light and strong high entropy alloys (HEA): Obtainment of an extremely high specific solid solution hardening. Scripta Materialia. 2018;156:120‒123.

15. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.07.024

16. Tapia A.J.S.E, Yim D., Kim H.S., Lee B.-J. An ap-proach for screening single phase high-entropy alloys using an in-house thermodynamic database. Interme-tallics. 2018;101:56‒63.

17. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2018.07.009

18. Kumar Soni V., Kumar Sinha A. Effect of al-loying elements, phases and heat treatments on properties of high-entropy alloys: A Re-view. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2023;76(4):897–914 https://doi.org/10.1007/s12666-022-02777-1

19. Kao Yu.F., Chen T.J., Chen S.K.,Ye J.V. Mi-crostructure 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

20. Fan K.K., Li B.S., Zhang Y. J. Influence of Al and Cu elements on the microstructure and properties of (FeCrNiCo)AlxCuy high-entropy alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2014;614:203–210. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.06.090

21. Moravcik I., Cizek J., Kovacova Z., Nejez-chlebova J., Kitzmantel M., Neubauer E., Ku-bena I., Hornik V., Dlouhy I. Mechanical and microstructural characterization of powder metallurgy CoCrNi medium entropy alloy. Materials Science and Engineering: A. 2017;701:370–380. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.06.086

22. Ge W., Wu B., Wang S., Xu S., Shang C., Zhang Z., Wang Y. Characterization and properties of CuZrAlTiNi high entropy alloy coating obtained by mechanical alloying and vacuum hot pressing sintering. Advanced Powder Technology. 2017;28:2556–2563.

23. https://doi.org/10.1016/j.apt.2017.07.006

24. Karpets M.V., Myslyvchenko O.M., Makarenko O.S., Gorban V.F., Krapivka M.O. Mechanical Properties and Formation of Phases in High-Entropy CrFeNiCuCoAlx Alloys. Powder Met-allurgy and Metal Ceramics. 2015;54:344–352.

25. https://doi.org/10.1007/s11106-015-9720-9

26. 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.

27. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142039

28. 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 in-fluence on strain hardening in dual-phase high entropy alloys at nanoscale. International Journal of Plasticity. 2021;145:103081.

29. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2021.103081

30. 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

31. Chao Q., Joseph J., Annasamy M., Hodgson P., Barnett M.R., Fabijanic D. AlxCoCrFeNi high entropy alloys from metal scrap: Micro-structure and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds. 2024;976:173002.

32. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173002

33. Colombini E., Garzoni A., Giovanardi R., Ve-ronesi 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.

34. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.941.1137

35. 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 Y2O3 addition. Journal of Alloys and Compounds. 2023;935(2):168166.

36. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168166

37. Huo W., Zhou H., Fang F., Xie Z., Jiang J. Microstructure and mechanical properties of CoCrFeNiZrx eutectic high-entropy alloys. Materials & Design. 2017;134:226–233.

38. https://doi.org/ 10.1016/j.matdes.2017.08.030

39. 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

40. Liu W.H., He J.Y., Huang H.L., Wang X., Lu Z.P., Liu C.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

41. He F., Wang Z., Cheng P., Wang Q., Li J., Dang Y., Wang J., Liu C.T. Designing eutec-tic high entropy alloys of CoCrFeNiNbx. Jour-nal of Alloys and Compounds. 2016;656:284–289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.153

42. 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

43. Abbasi E., Dehghani K. Phase prediction and microstructure of centrifugally cast non-equiatomic Co‒Cr‒Fe‒Mn‒Ni(Nb,C) high en-tropy alloys. Journal of Alloys and Com-pounds. 2019;783:292–299.

44. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.329

45. 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

46. Li R., Zhang V., Zhang Yu., Liau P.K. The effects of phase transformation on the microstruc-ture and mechanical behavior of FeNiMnCr.75Alx high-entropy alloys. Materials Science and Engineering. A. 2018;138(725):138–147 https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.04.007

47. 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. Effects of rare-earth el-ement, Y, additions on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high en-tropy alloy. Materials Science and Engineer-ing: A. 2018;437(725):437–446 https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.04.058

48. Shun T., Chang L., Shiu M. Microstructure and mechanical properties of multiprincipal component CoCrFeNiMox alloys. Materials Characterization. 2012;70:63–67.

49. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2012.05.005

50. Salishchev G.A.,Tikhonovsky M.A., Shaysul-tanov D.G., Stepanov N.D., Kuznetsov A.V., Kolodiy I.V.,Tortika A.S., Senkov O. N. Ef-fect of Mn and V on structure and mechanical properties of high-entropy alloys based on CoCrFeNi system. Journal of Alloys and Com-pounds. 2014;591:11–21.

51. http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.12.210

52. Shun T.T., Chang L.Y., Shiu M.H. Micro-structures and mechanical properties of mul-tiprincipal component CoCrFeNiTix alloys. Materials Science and Engineering. 2012;556:170–174. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.06.075

53. Ai C., He F., Guo M., Zhou J., Wang Z., Yuan Z., Guo Y., Liu Y., Liu L. Alloy design, micro-mechanical and macromechanical properties of CoCrFeNiTax eutectic high entropy alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2018;735:2653–2662.

54. https://doi.org/10. 1016/j.jallcom.2017.12.015

55. Nagase T., Kakeshita T., Matsumura K., Nakazawa K., Furuya S., Ozoe N., Yoshino K. Development 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.

56. https://doi. org/10.1016/j.matdes.2019.108172

57. He F., Wang Z., Cheng P., Wang Q., Li J., Dang Y., Wang J., Liu C.T. Designing eutec-tic high entropy alloys of CoCrFeNiNbx. Jour-nal of Alloys and Compounds. 2016;656:284–289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.153