Високоентропійні сплави Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V у литому та рідкозагартованому стані

Abstract

RU: Дану роботу присвячено встановленню впливу складу та швидкості охолодження розплаву на мікротвердість, фазовий склад та параметри тонкої структури високоентропійних сплавів (ВЕС) системи Mn-Ni-Si-V в литому та рідкозагартованому стані. Методика. Литі зразки сплавів були отримані із застосуванням мідної виливниці(швидкість охолодження ~102К/с). Гартування з рідкого стану (ЗРС) проводилося за відомою методикою splat-охолодження. Оцінена за товщиною фольги швидкість охолодження розплаву становила ~106К/с. Рентгеноструктурний аналіз проводився із використанням діфрактометра ДРОН-2.0. Мікротвердість вимірювалася за допомогою мікротвердоміраПМТ-3. Підбір компонентів досліджених ВЕС здійснювався, виходячи з прийнятих у літературі критеріїв компоновки таоцінки фазового складу ВЕС, основаних на обчисленні ентропії та ентальпії змішування, концентрацій валентних електронів а також різниці атомних радіусів компонентів. Результати. Встановлено, що у структурі литих сплавів присуттні невпорядковані тверді розчини типу ОЦК та впорядкований твердий розчин типу B2, в той час, як в ЗРС сплавах – лише невпорядковані тверді розчини типу ОЦК. Визначені параметри решітки дозволяють припустити, що формуваннятвердих розчинів відбувається на основі Cr як елементу із найвищою температурою плавлення. Усі литі зразки сплавів системи Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V демонструють наявність чітко вираженої дендритної структури із різними конфігураціямита об’ємами міждендритного простору. Показано позитивний вплив мікронапружень та густини дислокацій на рівень механічних характеристик досліджених сплавів. Встановлено, що ЗРС сплави системи Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V характеризуються більш високими значеннями мікротвердості, ніж литі сплави. Наукова новизна. У даній роботі були вперше отримані і досліджені ВЕС системи Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V у литому і рідкозагартованому стані. Практична значимість. ВЕС характеризуються унікальною структурою та цілим комплексом виняткових експлуатаційних характеристик, таких как твердість, зносостійкість, стійкість до окислення, корозії та іонизуючих випромінювань, висока термічна стабільність.. Дослідження тонких плівок ВЕС, отриманих шляхом гартування з рідкого стану, також становитьвеликий практичний інтерес, оскільки одним з перспективних застосувань ВЕС є саме тонкоплівкові покриття

UK: Настоящая работа посвящена установлению влияния состава и скорости охлаждения расплава на микротвердость, фазовый состав и параметры тонкой структуры высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) системы Al-Co-Cr-FeMn-Ni-Si-V в литом и жидкозакаленном состоянии. Методика. Литые образцы сплавов были получены с использованием медной изложницы (скорость охлаждения ~102К/с). Закалка из жидкого состояния (ЗЖС) проводилась по известной методике splat-охлаждения. Оцененная по толщине фольги скорость охлаждения расплава составляла ~106К/с. Рентгеноструктурный анализ проводился с использованием дифрактометра ДРОН-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, концентраций валентных электронов а так же разницы атомных радиусов компонентов. Результаты. Установлено, что в структуре литых сплавов присутствуют неупорядоченные твердые растворы типа ОЦК и упорядоченный твердый раствортипа B2, в то время, как в ЗЖС сплавах – только неупорядоченные твердые растворы типа ОЦК. Оцененные параметры решетки позволяют предположить, что формирование твердых растворов происходит на базе Cr как элемента с наивысшей температурой плавления. Все литые образцы сплавов системы Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V демонстрируют наличие ярко выраженной дендритной структуры с различными конфигурациями и объемами междендритного пространства. Показаноположительное влияние микронапряжений и плотности дислокаций на уровень механических характеристик исследованных сплавов. Установлено, что ЗЖС сплавы системы Al-Cu-Fe-Ni-Si характеризуются более высокими значениями микротвердости, чем литые сплавы. Научная новизна. В данной работе были впервые получены и исследованы ВЭС системы Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V в литом и жидкозакаленном состоянии. Практическая значимость. ВЭС характеризуются уникальной структурой и целым комплексом замечательных эксплуатационных характеристик, таких как твердость, износостойкость, устойчивость к окислению, коррозии и ионизирующим излучениям, высокая термическая стабильность. Исследование тонких пленок ВЭС, полученных при помощи ЗЖС, также представляет большой практический интерес, поскольку одним из перспективных применений ВЭС являются именно тонкопленочные покрытия.

EN: 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-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V system in the ascast and rapid quenched state. Metodology. As-cast alloy samples were obtained using a copper mold (cooling rate ~ 10 2 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 ~ 10 6K/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, valence electron concentrations as well as the difference between the atomic radii of the components. Findings. It was found that the as-cast alloys show a multiphase BCC+B2 structure, while the SQ alloys - fully disordered BCC crystal structure only. The value of lattice parameters of the investigated alloys suggests that the solid solutions are form on the base of Cr lattice, in view of its higher melting temperature. All of the as-cast alloys display a typical cast dendritic structure with various configurations and volumes of the interdendritic space. The positive influence of microstrains level and dislocation density on the microhardness values of splatquenched Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V alloys has been established. Improved mechanical characteristics are ensured by the strong distortion of the crystal lattice due to the differences in atomic radii of the elements. It was found that the splat-quenching HEAs of Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V system are characterized by higher values of microhardness than as-cast alloys. Originality. At present work were first obtained and studied HEAs of Al-Co-Cr-Fe-Mn-Ni-Si-V system in the as-cast and splat-quenched state. Practical value. The HEAs possess many attractive properties, such as high hardness, outstanding wear resistance, irradiation resistance, excellent high-temperature strength, good thermal stability and corrosion resistance. The study of thin films obtained by splatquenching from the liquid state is also of great practical interest, since one of the promising applications of HEAs are thin film coatings.