ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) являются новым и перспективным классом материалов, которые привлекают внимание как ученых, так и инженеров всего мира. Среди всех сплавов системы AlxCoCrFeNi отдельное внимание привлекают ВЭС с x ≤ 0,3. Для материалов с данным составом характерно наличие только одной фазы с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). Такие сплавы обладают высокой пластичностью (для них является возможным достижение высоких степеней деформации без видимых следов разрушения), отличной коррозионной стойкостью и фазовой стабильностью при высоких температурах. Целью данной работы являлось сравнение нескольких методов профильного анализа на примере пластически деформированных слитков высокоэнтропийного сплава Al0,3CoCrFeNi. Методы исследования. С использованием нескольких методов профильного анализа рентгенограмм исследовались структуры холоднодеформированного высокоэнтропийного сплава (ВЭС) Al0,3CoCrFeNi. Помимо классического метода Вильямсона–Холла анализ проводился с использованием модифицированного метода Вильямсона–Холла, а также методом, учитывающим анизотропию упругих свойств кристаллической решетки. Материал исследования. В качестве объекта исследования в работе использовались слитки высокоэнтропийного сплава Al0,3CoCrFeNi, деформированные методом холодной прокатки с максимальной степенью обжатия 80 %. Из полученных заготовок вырезались образцы, которые исследовались методом дифракции синхротронного излучения по схеме «на просвет» вдоль двух (продольного (RD) и поперечного (TD)) направлений проката. Результаты и обсуждение. Показано, что реализация классического метода Вильямсона–Холла приводит к появлению существенной ошибки при аппроксимации экспериментальных результатов. Модифицированный метод Вильямсона–Холла отличается наименьшей ошибкой аппроксимации и может быть рекомендован для исследования сплава Al0,3CoCrFeNi. Анализ деформированных образцов с применением этого метода позволил выявить несколько особенностей формирования дефектов кристаллического строения, которые хорошо согласуются с классическими представлениями о механизмах пластической деформации. Во-первых, рост степени деформации высокоэнтропийного сплава Al0,3CoCrFeNi приводит к практически равномерному повышению количества двойников и дефектов упаковки. Во-вторых, с ростом степени обжатия происходит снижение доли краевых и повышение доли винтовых дислокаций в материале. Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами измерения микротвердости.
1. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода / З.Б. Батаева, А.А. Руктуев, И.В. Иванов, А.Б. Юргин, И.А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 116–146. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-116-146.
2. High-pressure induced phase transitions in high-entropy alloys: a review / F. Zhang, H. Lou, B. Cheng, Z. Zeng, Q. Zeng // Entropy. – 2019. – Vol. 21 (3). – DOI: 10.3390/e21030239.
3. Wang W.R., Wang W.L., Yeh J.W. Phases, microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys at elevated temperatures // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 589. – P. 143–152. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.11.084.
4. Effects of Al addition on the microstructure and mechanical property of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys / W.R. Wang, W.L. Wang, S.C. Wang, Y.C. Tsai, C.H. Lai, J.W. Yeh // Intermetallics. – 2012. – Vol. 26. – P. 44–51. – DOI: 10.1016/j.intermet.2012.03.005.
5. Structure and properties of high-entropy alloys / V.E. Gromov, S.V. Konovalov, Yu.F. Ivanov, K.A. Osintsev. – Berlin: Springer, 2021. – 110 p. – (Advanced Structured Materials; vol. 107).
6. Hardening of an Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy via high-pressure torsion and thermal annealing / Q.H. Tang, Y. Huang, Y.Y. Huang, X.Z. Liao, T.G. Langdon, P.Q. Dai // Materials Letters. – 2015. – Vol. 151. – P. 126–129. – DOI: 10.1016/j.matlet.2015.03.066.
7. Sourav A., Yebaji S., Thangaraju S. Structure-property relationships in hot forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys // Materials Science and Engineering A. – 2020. – Vol. 793. – P. 139–877. – DOI: 10.1016/j.msea.2020.139877.
8. The BCC/B2 morphologies in AlxNiCoFeCr high-entropy alloys / Y. Ma, B. Jiang, C. Li, Q. Wang, C. Dong, P.K. Liaw, F. Xu, L. Sun // Metals. – 2017. – Vol. 7 (2). – DOI: 10.3390/met7020057.
9. The effects of annealing at different temperatures on microstructure and mechanical properties of cold-rolled Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy / Z. Zhu, T. Yang, R. Shi, X. Quan, J. Zhang, R. Qiu, B. Song, Q. Liu // Metals. – 2021. – Vol. 11 (6). – DOI: 10.3390/met11060940.
10. The fast azimuthal integration Python library: pyFAI / G., Ashiotis, A. Deschildre, Z. Nawaz, J.P. Wright, D. Karkoulis, F.E. Picca, J. Kieffer // Journal of Applied Crystallography. – 2015. – Vol. 48 (2). – P. 510–519.
11. Forouzanmehr N., Nili M., Bönisch M. The analysis of severely deformed pure Fe structure aided by X-ray diffraction profile // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117 (6). – P. 624–633. – DOI: 10.1134/S0031918X16060077.
12. Dislocation structure in different texture components determined by neutron diffraction line profile analysis in a highly textured Zircaloy-2 rolled plate / T. Ungár, T.M. Holden, B. Jóni, B. Clausen, L. Balogh, G. Csiszár, D.W. Brown // Journal of Applied Crystallography. – 2015. – Vol. 48. – P. 409–417. – DOI: 10.1107/S160057671500133.
13. Gubicza J. X-ray line profile analysis in materials science. – Hershey, PA: Engineering Science Reference, an imprint of IGI global, 2014. – 343 p.
14. Dislocations, grain size and planar faults in nanostructured copper determined by high resolution X-ray diffraction and a new procedure of peak profile analysis / T. Ungár, S. Ott, P.G. Sanders, A. Borbély, J.R. Weertman // Acta Materialia. – 1998. – Vol. 46, N 10. – P. 3693–3699.
15. Application of different diffraction peak profile analysis methods to study the structure evolution of cold-rolled hexagonal α-titanium / I.V. Ivanov, D.V. Lazurenko, A. Stark, F. Pyczak, A. Thömmes, I.A. Bataev // Metals and Materials International. – 2020. – Vol. 26 (1). – P. 83–93. – DOI: 10.1007/s12540-019-00309-z.
16. The contrast factors of dislocations in cubic crystals: the dislocation model of strain anisotropy in practice / T. Ungár, I. Dragomir, Á. Révész, A. Borbély // Journal of Applied Crystallography. – 1999. – Vol. 32 (5). – P. 992–1002.
17. Ungár T., Borbély A. The effect of dislocation contrast on x-ray line broadening: a new approach to line profile analysis // Applied Physics Letters. – 1996. – Vol. 69 (21). – P. 3173–3175.
18. Dragomir I.C., Ungár T. Contrast factors of dislocations in the hexagonal crystal system // Journal of Applied Crystallography. – 2002. – Vol. 35 (5). – P. 556–564.
19. Ungár T. Dislocation model of strain anisotropy // Powder Diffraction. – 2008. – Vol. 23 (2). – P. 125–132. – DOI: 10.1154/1.2918549.
20. Effects of solute concentration on the stacking fault energy in copper alloys at finite temperatures / Q.Q. Shao, L.H. Liu, T.W. Fan, D.W. Yuan, J.H. Chen // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 726. – P. 601–607.
21. Phase transformation assisted twinning in a face-centered-cubic FeCrNiCoAl0.36 high entropy alloy / P. Yu, R. Feng, J. Du, S. Shinzato, J.P. Chou, B. Chen, Y.C. Lo, P.K. Liaw, S. Ogata, A. Hu // Acta Materialia. – 2019. – Vol. 181. – P. 491–500. – DOI: 10.1016/j.actamat.2019.10.012.
22. High-velocity deformation of Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy: Remarkable resistance to shear failure / Z. Li, S. Zhao, H. Diao, P.K. Liaw, M.A. Meyers // Scientific Reports. – 2017. – Art. 42742. – P. 1–8. – DOI: 10.1038/srep42742.
23. Schafler E., Zehetbauer M., Ungàr T. Measurement of screw and edge dislocation density by means of X-ray Bragg profile analysis // Materials Science and Engineering A. – 2001. – Vol. 321. – P. 220–223. – DOI: 10.1016/S0921-5093(01)00979-0.
24. X-ray diffraction study on the microstructure of an Al-Mg-Sc-Zr alloy deformed by high-pressure torsion / D. Fátay, E. Bastarash, K. Nyilas, S. Dobatkin, J. Gubicza, T. Ungár // Zeitschrift Fuer Metallkunde/Materials Research and Advanced Techniques. – 2003. – Vol. 94 (7). – P. 842–847. – DOI: 10.3139/146.030842.
Финансирование:
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 20-73-10215 «In-situ исследование эволюции дислокационной структуры пластически деформированных высокоэнтропийных сплавов в условиях действия высоких давлений и температур с применением синхротронного излучения». Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов».
Сравнение подходов, основанных на методе Вильямсона–Холла, для анализа структуры высокоэнтропийного сплава Al0,3CoCrFeNi после холодной пластической деформации / И.В. Иванов, Д.Э. Сафарова, З.Б. Батаева, И.А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 90–102. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-90-102.
Ivanov I.V., Safarova D.E., Bataeva Z.B., Bataev I.A. Comparison of approaches based on the Williamson–Hall method for analyzing the structure of an Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy after cold deformation. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2022, vol. 24, no. 3, pp. 90–102. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-90-102. (In Russian).
