Керамика

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21486 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1961 года

4 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

CoCrFeNi — это хорошо изученный высокоэнтропийный сплав с гранецентрированной кубической поверхностью (ГЦК), который демонстрирует превосходную пластичность, но лишь ограниченную прочность. Настоящее исследование сосредоточено на улучшении баланса прочности и пластичности этого HEA путем добавления различных количеств SiC с использованием метода дуговой плавки. Обнаружено, что хром, присутствующий в базовом HEA, приводит к разложению SiC при плавлении. Следовательно, взаимодействие свободного углерода с хромом приводит к образованию карбида хрома in situ, тогда как свободный кремний остается в растворе в базовом ГЭА и/или взаимодействует с составляющими элементами базового ГЭА с образованием силицидов. Установлено, что изменение микроструктурных фаз с увеличением количества SiC происходит в следующей последовательности: ГЦК → ГЦК + эвтектика → ГЦК + пластинки карбида хрома → ГЦК + пластинки карбида хрома + силициды → ГЦК + пластинки карбида хрома + силициды + глобулы/хлопья графита. Было обнаружено, что по сравнению как с обычными, так и с высокоэнтропийными сплавами полученные композиты демонстрируют очень широкий диапазон механических свойств (предел текучести от 277 МПа при удлинении более 60% до 2522 МПа при удлинении 6%). Некоторые из разработанных высокоэнтропийных композитов показали выдающееся сочетание механических свойств (предел текучести 1200 МПа при удлинении 37%) и заняли ранее недостижимые области на карте предела текучести в зависимости от удлинения. Установлено, что помимо значительного удлинения твердость и предел текучести композитов с ВЭА находятся в том же диапазоне, что и у объемных металлических стекол. Поэтому считается, что разработка композитов с высокой энтропией может помочь в получении выдающихся сочетаний механических свойств для современных структурных применений.

Разработка высокоэнтропийных сплавов является новой многообещающей концепцией в области металлургии1,2. В некоторых случаях было показано, что высокоэнтропийные сплавы (ВЭА) демонстрируют выдающееся сочетание физических и механических свойств, включая высокую термическую стабильность3,4, сверхпластическое удлинение5,6, усталостную стойкость7,8, коррозионную стойкость9,10,11, отличную износостойкость12, 13,14,15 и трибологические свойства15,16,17 и хорошие механические характеристики даже при высоких температурах18,19,20,21,22 и криогенных температурах23,24,25. Выдающиеся комбинации механических свойств в HEA обычно объясняются наличием четырех основных эффектов, а именно высокой конфигурационной энтропии26, сильного искажения решетки27, медленной диффузии28 и эффектов коктейля29. HEA обычно характеризуются как типы FCC, BCC и HCP. FCC HEA обычно содержат переходные элементы, такие как Co, Cr, Fe, Ni и Mn, и обладают превосходной пластичностью (даже в криогенных условиях25), но имеют низкую прочность. BCC HEA обычно состоят из элементов с высокой плотностью, таких как W, Mo, Nb, Ta, Ti и V, обладают очень высокой прочностью, но имеют низкую пластичность и низкую удельную прочность30.

Микроструктурные модификации ВЭА на основе механической обработки, термомеханической обработки и элементарных добавок были исследованы с целью получения лучшего сочетания механических свойств. Было обнаружено, что сильная пластическая деформация CoCrFeMnNi FCC HEA посредством кручения под высоким давлением привела к значительному увеличению как твердости (520 HV), так и прочности (1950 МПа), но развитие нанокристаллической микроструктуры (~ 50 нм) сделало сплав хрупкий31. Было обнаружено, что введение пластичности, вызванной двойникованием (TWIP) и пластичности, вызванной превращением (TRIP) в CoCrFeMnNi HEA, придает хорошую способность к деформационному упрочнению, что приводит к большой пластичности при растяжении, хотя и за счет низких значений истинного предела прочности при растяжении. (1124 МПа)32. Использование дробеструйной обработки для создания иерархической микроструктуры (состоящей из тонкого деформированного слоя и недеформированного ядра) в CoCrFeMnNi HEA привело к увеличению прочности, но улучшение было ограничено всего лишь примерно 700 МПа33. Разработка многофазных высокоэнтропийных сплавов и эвтектических высокоэнтропийных сплавов с использованием неэквиатомных элементарных добавок также изучалась в поисках материалов с лучшим сочетанием прочности и пластичности34,35,36,37,38,39,40,41 . Действительно было обнаружено, что тонкое распределение твердых и мягких фаз в эвтектических высокоэнтропийных сплавах приводит к относительно лучшему сочетанию прочности и пластичности35,38,42,43.