Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства многокомпонентных сплавов системы Al-Cu-Fe-Ni-Si

Abstract

RU: Цель. Настоящая работа посвящена установлению влияния состава и скорости охлаждения расплава на микротвердость, фазовый состав и параметры тонкой структуры высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) системы Al-Cu-Fe-Ni-Si в литом и жидкозакаленном состоянии. Методика. Литые образцы сплавов были получены с использованием медной изложницы (скорость охлаждения ~102 К/с). Закалка из жидкого состояния (ЗЖС) проводилась по известной методике splat- охлаждения. Оцененная по толщине фольги скорость охлаждения расплава составляла —105-106К/с. Рентгеноструктурный анализ проводился с использованием дифрактометра ДР0Н-2.0. Микротвердость измерялась на микротвердомере ПМТ-3. Подбор компонентов исследованных ВЭС осуществлялся, исходя из принятых в литературе критериев компоновки и оценки фазового состава ВЭС, основанных на вычислении энтропии и энтальпии смешивания, а так же разницы атомных радиусов компонентов. Результаты. Установлено, что изученные сплавы системы Al-Cu-Fe-Ni-Si представляют собой многофазные ВЭС, в структуре которых присутствуют неупорядоченные твердые растворы с решетками типа ОЦК и ГЦК Подтверждено, что ведущую роль в определении типа твердого раствора, формирующегося в изученных ВЭС, играет элемент с наивысшей температурой плавления. Установлено, что увеличение в структуре исследованных ВЭС объемной доли твёрдого раствора типа ОЦК приводит к возрастанию микротвердости. Показано положительное влияние микронапряжений и плотности дислокаций на уровень механических характеристик исследованных сплавов. Установлено, что литые ВЭС системы Al-Cu-Fe-Ni-Si характеризуются более высокими значениями микротвердости, чем ЗЖС сплавы, что обусловлено их более равновесным многофазным состоянием. Научная новизна В данной работе были впервые получены и исследованы ВЭС системы Al-Cu-Fe-Ni-Si в литом и жидкозакаленном состоянии. Практическая значимость. Сплавы данной системы характеризуются отсутствием дорогостоящих компонентов, таких как Co, V, Mo, Cr, обычно применяемых для изготовления ВЭС, и в то же время их характеристики не уступают таковым для более дорогих сплавов. Исследование тонких пленок ВЭС, полученных при помощи закалки из жидкого состояния, также представляет большой практический интерес, поскольку одним из перспективных применений ВЭС являются именно тонкопленочные покрытия.

UK: Мета. Дану роботу присвячено встановленню впливу складу та швидкості охолодження розплаву на мікротвердість, фазовий склад та параметри тонкої структури високоентропійних сплавів (ВЕС) системи Al-Cu-Fe-Ni-Si в литому та рідкозагартованому стані. Методика. Литі зразки сплавів були отримані із застосуванням мідної виливниці (швидкість охолодження ~102 К/с). Гартування з рідкого стану (ЗРС) проводилося за відомою методикою splat- охолодження. Оцінена за товщиною фольги швидкість охолодження розплаву становила —105-106 К/с. Рентгеноструктурний аналіз проводився із використанням діфрактометра ДРОН-2.0. Мікротвердість вимірювалася за допомогою мікротвердоміра ПМТ-3. Підбір компонентів досліджених ВЕС здійснювався, виходячи з прийнятих у літературі критеріїв компоновки та оцінки фазового складу ВЕС, основаних на обчисленні ентропії та ентальпії змішування, а також різниці атомних радіусів компонентів. Результати. Встановлено, що досліджені сплави системи Al-Cu-Fe-Ni-Si являють собою багатофазні ВЕС, в структурі яких присутні невпорядковані тверді розчини с решітками типу ОЦК и ГЦК. Підтверджено, що провыдну роль у визначенні типу твердого розчину, що формується у досліджених ВЕС, відіграє елемент із найвищою температурою плавлення. Встановлено, що збільшення в структурі досліджених ВЕС об’ємної долі твердого розчину типу ОЦК призводить до збільшення мікротвердості. Показано позитивний вплив мікронапружень та густини дислокацій на рівень механічних характеристик досліджених сплавів. Встановлено, що литі ВЕС системи Al-Cu-Fe-Ni-Si характеризуються більш високими значеннями мікротвердості, ніж ЗРС сплави, що вочевидь зумовлено їх більш рівноважним багатофазним станом. Наукова новизна. У даній роботі були вперше отримані і досліджені ВЕС системи Al-Cu-Fe-Ni-Si у литому і рідко- загартованому стані. Практична значимість. Сплави даної системи характеризуються відсутністю компонентів із високою вартістю, таких як Co, V, Mo, Cr, що зазвичай застосовуються для виготовлення ВЕС, і в той же час їх характеристики не поступаються таким для сплавів з більш високою вартістю. Дослідження тонких плівок ВЕС, отриманих шляхом гартування з рідкого стану, також становить великий практичний інтерес, оскільки одним з перспективних застосувань ВЕС є саме тонкоплівкові покриття.

EN: Purpose. This work is dedicated to establish the effects of the composition and the melt cooling rate on microhardness, phase composition and parameters of the fine structure of high-entropy alloys (HEA) of Al-Cu-Fe-Ni-Si system in the as-cast and rapid quenched state. Metodology. As-cast alloy samples were obtained using a copper mold (cooling rate ~ 102 K/s). Quenching from a liquid state was carried out by a known technique of splat-quenching (SQ). Cooling rate estimated by foil thickness was ~ 105-106 K/s. The X-ray diffraction analysis was carried out with use of the DRON-2.0 diffractometer. Microhardness was measured on the PMT-3 microhardnessmeter. Selection of components of the studied HEAs was carried out on the basis of the criteria adopted in the literature for the HEA composition based on calculation of the entropy and enthalpy of mixing, as well as the difference between the atomic radii of the components. Findings. It was found that the studied alloys of Al-Cu-Fe-NiSi is a multiphase HEAs, with the structure consisting of disordered solid solutions of BCC and FCC. Confirmed that the leading role in determining the type of solid solution formed in the studied HEAs plays an element with the highest melting point. It was found that an increase in the structure of the investigated HEAs volume fraction of the solid solution of BCC type leads to an increase I microhardness. Confirmed the positive effect o f microstrains and dislocation density to the level o f mechanical properties of the studied HEAs. It was found that the as-cast HEAs of Al-Cu-Fe-Ni-Si system are characterized by higher values of microhardness than SQ alloys, which is obviously due to their more multi-phase equilibrium state. Originality. At present work were first obtained and studied HEAs of Al-Cu-Fe-Ni-Si system in the as-cast and splat-quenched state. Practical value. The alloys of this system are characterized by the absence of expensive components, such as Co, V, Mo, Cr, usually used for the HEAs production while their characteristics are not inferior to those of the more expensive alloys. The study of thin films obtained by using quenching from the liquid state is also of great practical interest, since one of the promising applications of HEAs are thin film coatings.