Влияние размера зерна на закономерности водородного охрупчивания многокомпонентного сплава (FeCrNiMnCo)99N1

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проблема водородного охрупчивания остается актуальной во многих сферах, поэтому повышенный интерес среди исследователей вызывает сплав FeCrNiMnCo (сплав Кантора) как один из наименее подверженных негативному воздействию водорода материалов. Тем не менее малоизученным остается вопрос о влиянии параметров микроструктуры на закономерности водородного охрупчивания сплава Кантора и многокомпонентных сплавов системы FeCrNiMnCo в целом. В работе изучено влияние размера зерна на склонность высокоэнтропийного сплава Кантора, легированного азотом, к водородной хрупкости. Для этого с помощью термомеханических обработок в сплаве (FeCrNiMnCo)99N1 были сформированы состояния с разным размером зерен (43±21, 120±57 и 221±97 мкм). Экспериментально установлено, что измельчение зерна приводит к увеличению прочностных свойств исследуемого сплава и способствует повышению устойчивости к эффектам водородной хрупкости: в образцах с наименьшим из представленных размером зерна водородно-индуцируемое снижение пластичности меньше, чем в образцах с наибольшим размером зерна. Уменьшение размера зерна вызывает также снижение длины хрупкой зоны, выявляемой на поверхностях разрушения образцов после растяжения. Это вызвано снижением диффузии водорода в процессе насыщения и уменьшением транспорта атомов водорода с подвижными дислокациями в процессе пластической деформации за счет уменьшения размера зерна. 

Об авторах

Дарья Юрьевна Гуртова

Томский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: dasha_gurtova@mail.ru

студент

Россия, 634050, Россия, г. Томск, пр-т Ленина, 36

Марина Юрьевна Панченко

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН

Email: panchenko.marina4@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0236-2227

младший научный сотрудник лаборатории физики иерархических структур в металлах и сплавах

Россия, 634055, Россия, г. Томск, Академический пр-т, 2/4

Евгений Васильевич Мельников

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН

Email: melnickow.jenya@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8238-6055

младший научный сотрудник лаборатории физики иерархических структур в металлах и сплавах

Россия, 634055, Россия, г. Томск, Академический пр-т, 2/4

Денис Олегович Астапов

Томский государственный университет

Email: denis.0612@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1277-4180

студент

Россия, 634050, Россия, г. Томск, пр-т Ленина, 36

Елена Геннадьевна Астафурова

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН

Email: elena.g.astafurova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1995-4205

доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физики иерархических структур в металлах и сплавах

Россия, 634055, Россия, г. Томск, Академический пр-т, 2/4

Список литературы

  1. Feng Zheng, Li Xinfeng, Song Xiaolong, Gu Tang, Zhang Yong. Hydrogen Embrittlement of CoCrFeMnNi High-Entropy Alloy Compared with 304 and IN718 Alloys // Metals. 2022. Vol. 12. № 6. Article number 998. doi: 10.3390/met12060998.
  2. Zhao Yakai, Lee Dong-Hyun, Seok Moo-Young, Lee Jung-A, Phaniraj M.P., Suh Jin-Yoo, Ha Heon-Young, Kim Ju-Young, Ramamurty U., Jang Jae-il. Resistance of CoCrFeMnNi high-entropy alloy to gaseous hydrogen embrittlement // Scripta Materialia. 2017. Vol. 135. P. 54–58. doi: 10.1016/j.scriptamat.2017.03.029.
  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. Vol. 375-377. P. 213–218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257.
  4. Cantor B. Multicomponent high-entropy Cantor alloys // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 120. Article number 100754. doi: 10.1016/j.pmatsci.2020.100754.
  5. Bertsch K.M., Nygren K.E., Wang S., Bei H., Nagao A. Hydrogen-enhanced compatibility constraint for intergranular failure in FCC FeNiCoCrMn high-entropy alloy // Corrosion Science. 2021. Vol. 184. Article number 109407. doi: 10.1016/j.corsci.2021.109407.
  6. Traversier M., Mestre-Rinn P., Peillon N., Rigal E., Boulnat X., Tancret F., Dhers J., Fraczkiewicz A. Nitrogen-induced hardening in an austenitic CrFeMnNi high-entropy alloy (HEA) // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 804. Article number 140725. doi: 10.1016/j.msea.2020.140725.
  7. Klimova M., Shaysultanov D., Semenyuk A., Zherebtsov S., Salishchev G., Stepanov N. Effect of nitrogen on mechanical properties of CoCrFeMnNi high entropy alloy at room and cryogenic temperatures // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 849. Article number 156633. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156633.
  8. Zhang Shidong, Liu Min, Luo Yun, Wang Lianbo, Wang Zemin, Wang Zhanyong, Li Fangjie, Shen Qin, Wang Xiaowei. Immunity of Al0.25CoCrFeNi high-entropy alloy to hydrogen embrittlement // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 821. Article number 141590. doi: 10.1016/j.msea.2021.141590.
  9. Luo Hong, Li Zhiming, Lu Wenjun, Ponge D., Raabe D. Hydrogen embrittlement of an interstitial equimolar high-entropy alloy // Corrosion Science. 2018. Vol. 136. P. 403–408. doi: 10.1016/j.corsci.2018.03.040.
  10. Wu Z., Parish C.M., Bei H. Nano-twin mediated plasticity in carbon-containing FeNiCoCrMn high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 647. P. 815–822. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.05.224.
  11. Wang Zhangwei, Baker I. Interstitial strengthening of a f.c.c. FeNiMnAlCr high entropy alloy // Materials Letters. 2016. Vol. 180. P. 153–156. doi: 10.1016/j.matlet.2016.05.122.
  12. Li Xinfeng, Yin Jing, Zhang Jin, Wang Yanfei, Song Xiaolong, Zhang Yong, Ren Xuechong. Hydrogen embrittlement and failure mechanisms of multi-principal element alloys: A review // Journal of Materials Science & Technology. 2022. Vol. 122. P. 20–32. doi: 10.1016/j.jmst.2022.01.008.
  13. Bhadeshia H.K.D.H. Prevention of hydrogen embrittlement in steels // ISIJ international. 2016. Vol. 56. № 1. P. 24–36. doi: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-430.
  14. Lynch S. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion reviews. 2012. Vol. 30. № 3-4. P. 105–123. doi: 10.1515/corrrev-2012-0502.
  15. Панченко М.Ю., Астафурова Е.Г., Нифонтов А.С. Влияние микроструктуры на особенности водородного охрупчивания высокоазотистой хромомарганцевой стали // Физическая мезомеханика. 2022. Т. 25. № 3. С. 84–97. doi: 10.55652/1683-805X_2022_25_3_84.
  16. Koyama M., Ichii K., Tsuzaki K., Grain refinement effect on hydrogen embrittlement resistance of an equiatomic CoCrFeMnNi high-entropy alloy // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. № 31. P. 17163–17167. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.04.280.
  17. Fu Z.H., Yang B.J., Chen M., Gou G.Q., Chen H. Effect of recrystallization annealing treatment on the hydrogen embrittlement behavior of equimolar CoCrFeMnNi high entropy alloy // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. № 9. P. 6970–6978. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.11.154.
  18. Bai Y., Momotani Y., Chen M.C., Shibata A., Tsuji N. Effect of grain refinement on hydrogen embrittlement behaviors of high-Mn TWIP steel // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 651. P. 935–944. doi: 10.1016/j.msea.2015.11.017.
  19. Park C., Kang N., Liu S. Effect of grain size on the resistance to hydrogen embrittlement of API 2W grade 60 steels using in situ slow-strain-rate testing // Corrosion Science. 2017. Vol. 128. P. 33–41. doi: 10.1016/j.corsci.2017.08.032.
  20. Fuchigami H., Minami H., Nagumo M. Effect of grain size on the susceptibility of martensitic steel to hydrogen-related failure // Philosophical Magazine Letters. 2006. Vol. 86. P. 21–29. doi: 10.1080/09500830500482316.
  21. Li J., Hallil A., Metsue A., Oudriss A., Bouhattate J., Feaugas X. Antagonist effects of grain boundaries between the trapping process and the fast diffusion path in nickel bicrystals // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. Article number 15533. doi: 10.1038/s41598-021-94107-6.
  22. Owczarek E., Zakroczymski T. Hydrogen transport in a duplex stainless steel // Acta Materialia. 2000. Vol. 48. № 12. P. 3059–3070. doi: 10.1016/S1359-6454(00)00122-1.
  23. Du Y.A., Ismer L., Rogal J., Hickel T., Neugebauer J., Drautz R. First-principles study on the interaction of H interstitials with grain boundaries in α- and γ-Fe // Physical Review B. 2011. Vol. 84. Article number 144121. doi: 10.1103/PhysRevB.84.144121.
  24. Oudriss A., Creus J., Bouhattate J., Savall C., Peraudeau B., Feaugas X. The diffusion and trapping of hydrogen along the grain boundaries in polycrystalline nickel // Scripta Materialia. 2012. Vol. 66. № 1. P. 37–40. doi: 10.1016/j.scriptamat.2011.09.036.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Гуртова Д.Ю., Панченко М.Ю., Мельников Е.В., Астапов Д.О., Астафурова Е.Г., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

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

О куки-файлах