Влияние химического состава на твердорастворное и деформационное упрочнение монокристаллов ГЦК высокоэнтропийных сплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Характерной особенностью высокоэнтропийных сплавов является высокая прочность при сохранении пластичности, износостойкость, коррозионная стойкость, а также вязкость разрушения при криогенных температурах. В настоящее время наиболее изученным высокоэнтропийным соединением является CoCrFeNiMn. Однако его применение ограничено в высокотемпературной области из-за низких значений уровня деформирующих напряжений на пределе текучести при Т>296 К. Одним из известных способов повышения прочности материала является добавление атомов замещения большего атомного радиуса, одними из которых являются Al, Ti, Mо. В работе проведен анализ механического поведения монокристаллов ГЦК высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMn и CoCrFeNiMо (ат. %), ориентированных вдоль [001] направления: исследованы температурная зависимость критических скалывающих напряжений τкр(Т) в интервале Т=77–973 К, тип дислокационной структуры, коэффициент деформационного упрочнения θII, пластичность и разрушение при Т=296 К при деформации растяжением. Показано, что легирование атомами Mo 4 ат. % системы CoCrFeNi (ат. %) приводит к твердорастворному упрочнению, и критические скалывающие напряжения τкр увеличиваются во всем исследованном интервале температур. Начало пластической деформации связано со скольжением при всех температурах испытания. При Т=296 К в CoCrFeNiMо обнаружена планарная дислокационная структура с плоскими скоплениями дислокаций и дислокационными сетками, тогда как в эквиатомном CoCrFeNiMn при данной температуре испытания наблюдается однородное распределение дислокаций в нескольких системах без плоских скоплений. Коэффициент деформационного упрочнения, пластичность, а также уровень напряжений перед разрушением оказываются близкими в [001]-кристаллах высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMо и CoCrFeNiMn, что определяется развитием деформации скольжения одновременно в нескольких системах. Разрушаются кристаллы при 296 К при одинаковом уровне напряжений вязко.

Об авторах

Анна Вячеславовна Выродова

Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск

Автор, ответственный за переписку.
Email: wirodowa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8326-3575

аспирант, младший научный сотрудник

Россия

Список литературы

  1. 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. doi: 10.1016/j.pmatsci.2013.10.001.
  2. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Materialia. 2017. Vol. 122. P. 448–511. doi: 10.1016/j.actamat.2016.08.081.
  3. Li Z.Z., Zhao S.T., Ritchie R.D., 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. doi: 10.1016/j.pmatsci.2018.12.003.
  4. George E.P., Raabe D., Ritchie R.O. High-entropy alloys // Nature Reviews Materials. 2019. Vol. 4. № 8. P. 515–534. doi: 10.1038/s41578-019-0121-4.
  5. Gludovatz B., Hohenwarter A., Catoor D., Chang E.H., George E.P., Ritchie R.O. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications // Science. 2014. Vol. 345. № 6201. P. 1153–1158. doi: 10.1126/science.1254581.
  6. Ye Y.F., Wang Q., Lu J., Liu C.T., Yang Y. High-entropy alloy: challenges and prospects // Materials Today. 2016. Vol. 19. № 6. P. 349–362. doi: 10.1016/j.mattod.2015.11.026.
  7. Otto F., Dlouhy A., Somsen C., Bei H., Eggeler G., George E.P. The influence of temperature and microstructure on the tensile properties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. № 15. P. 5743–5755. doi: 10.1016/j.actamat.2013.06.018.
  8. Laplanche G., Kostka A., Horst O.M., Eggeler G., George E.P. Microstructure evolution and critical stress for twinning in the CrMnFeCoNi high-entropy alloy // Acta Materialia. 2016. Vol. 118. P. 152–163. doi: 10.1016/j.actamat.2016.07.038.
  9. Joo S.-H., Kato H., Jang M.J., Moon J., Tsai C.W., Yeh J.W., Kim H.S. Tensile deformation behavior and deformation twinning of an equimolar CoCrFeMnNi high-entropy alloy // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2017. Vol. 689. P. 122–133. doi: 10.1016/j.msea.2017.02.043.
  10. Yasuda H.Y., Shigeno K., Nagase T. Dynamic strain aging of Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy single crystals // Scripta Materialia. 2015. Vol. 108. P. 80–83. doi: 10.1016/j.scriptamat.2015.06.022.
  11. Zhao Y.Y., Chen H.W., Lu Z.P., Nieh T.G. Thermal stability and oarsening of coherent particles in a precipitation-hardened (NiCoFeCr)94Ti2Al4 high-entropy alloy // Acta Materialia. 2018. Vol. 147. P. 184–194. doi: 10.1016/j.actamat.2018.01.049.
  12. Yasuda H.Y., Miyamoto H., Cho K., Nagase T. Formation of ultrafine-grained microstructure in Al0.3CoCrFeNi // Materials Letters. 2017. Vol. 199. P. 120–123. doi: 10.1016/j.matlet.2017.04.072.
  13. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2004. Vol. 375–377. P. 213–218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257.
  14. Li D.Y., Zhang Y. The ultrahigh charpy impact toughness of forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys at room and cryogenic temperatures // Intermetallics. 2016. Vol. 70. P. 24–28. doi: 10.1016/j.intermet.2015.11.002.
  15. Wu Z., Gao Y.F., Bei H. Single crystal plastic behavior of a single-phase, face-center-cubic-structured, equiatomic FeNiCrCo alloy // Scripta Materialia. 2015. Vol. 109. P. 108–112. doi: 10.1016/j.scriptamat.2015.07.031.
  16. Ma S.C., Zhang S.F., Qiao J.W., Wang Z.H., Gao M.C., Jiao Z.M., Yang H.J., Zhang Y. Superior high tensile elongation of a single-crystals CoCrFeNiAl0.3 high-entropy alloy by Bridgman solidification // Intermetallics. 2014. Vol. 54. P. 104–109. doi: 10.1016/j.intermet.2014.05.018.
  17. Cai B., Liu B., Kabra S., Wang Y.Q., Yan K., Lee P.D., Liu Y. Deformation mechanisms of Mo alloyed FeCoCrNi high entropy alloy: In situ neutron diffraction // Acta Materialia. 2017. Vol. 127. P. 471–480. doi: 10.1016/j.actamat.2017.01.034.
  18. Tawancy H.M. On the tensile strength of medium entropy Fe30Ni30Cr20Co17Mo2W1 alloy with high microstructural stability // Materials science and engineering a-structural materials properties microstructure and processing. 2020. Vol. 781. Article number 139239. doi: 10.1016/j.msea.2020.139239.
  19. Byrnes M.L.G., Gruyicic M., Owen W.S. Nitrogen strengthening of a stable austenitic stainless steel // Acta Merallurgica. 1987. Vol. 35. № 7. P. 1853–1862. doi: 10.1016/0001-6160(87)90131-3.
  20. Kireeva I.V., Chumlyakov Yu.I., Pobedennaya Z.V., Vyrodova A.V., Karaman I. Twinning in [001]-oriented single crystals of CoCrFeMnNi high-entropy alloy at tensile deformation // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2018. Vol. 713. P. 253–259. doi: 10.1016/j.msea.2017.12.059.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах