ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В настоящее время одним из наиболее изучаемых высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) является система CoCrFeNi с добавлением пятого компонента. Примером такого сплава служит AlCoCrFeNi, легированный дополнительными элементами. Легирование Nb способствует образованию в сплаве твердого раствора и вторичной фазы Лавеса, а также приводит к образованию эвтектики между этими фазами. Оптимальное сочетание механических свойств, достигаемое в сплаве доэвтектического состава AlCoCrFeNiNb_0.25, стало основанием выбора данного сплава для последующих исследований в условиях термообработки. Цель работы: исследование влияния термической обработки, включающей нагрев до температур 900, 1000 и 1100 °C с последующим охлаждением на воздухе, на структуру и свойства ВЭС AlCoCrFeNiNb_0.25. Методы исследования: оптическая металлография, рентгеноструктурный анализ, измерение микротвердости и испытания на сжатие. Результаты и обсуждение. Сплав AlCoCrFeNiNb_0.25 сохраняет структуру твердого раствора на основе ОЦК-фазы не только в литом состоянии, но и после термообработки. Независимо от режимов термообработки в сплаве сохраняется доэвтектическая структура, состоящая из дендритов твердого раствора и эвтектики с фазой Лавеса в междендритном пространстве. Термообработка приводит к изменению фазового состава сплава и совершенствованию структурных составляющих. При нагреве до 900 °C наряду с существующими твердым раствором и фазой Лавеса в структуре выделяется σ-фаза, повышающая микротвердость сплава, однако не обеспечивающая улучшение прочностных свойств в связи со своими низкими пластическими характеристиками. Прочностные характеристики сплава существенно улучшаются при термообработке с нагревом до 1000 и 1100 °С. Нагрев до 1100 °С сопровождается увеличением остаточной деформации. Основными причинами подобного эффекта могут быть превращения, происходящие как в твердом растворе ОЦК-фазы (растворение В₂-фазы, перестройка субструктуры, увеличение параметра решетки), так и в эвтектике (увеличение доли фазы Лавеса, совершенствование эвтектических ячеек).

1. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes / J.W. Yeh, S.K. Chen, S.J. Lin, J.Y. Gan, T.S. Chin, T.T. Shun, C.H. Tsau, S.Y. Chang // Advanced Engineering Materials. – 2004. – Vol. 6. – P. 299–303. – DOI: 10.1002/adem.200300567.

2. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys / B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent // Materials Science and Engineering: A. – 2004. – Vol. 375–377. – P. 213–218. – DOI: 10.1016/j.msea.2003.10.257.

3. Применение высокоэнтропийных сплавов / В.Е. Громов, С.В. Коновалов, Ю.Ф. Иванов, К.А. Осинцев, Ю.А. Рубанникова, О.А. Перегудов, А.П. Семин // Известия вузов. Черная металлургия. – 2021. –Т. 64, № 10. – С. 747–754. – DOI: 10.17073/0368-0797-2021-10-747-754.

4. 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.

5. Mechanical behavior of high-entropy alloys / W. Li, D. Xie, D. Li, Y. Zhang, Y. Gao, P.K. Liaw // Progress in Materials Science. – 2021. – Vol. 118. – P. 100777. – DOI: 10.1016/j.pmatsci.2021.100777.

6. Mechanical behavior of high-entropy alloys: A review / Y. Shang, J. Brechtl, C. Pistidda, P.K. Liaw // High-Entropy Materials: Theory, Experiments, and Applications. – Springer, 2021. – P. 435–522. – DOI: 10.1007/978-3-030-77641-1_10.

7. Sheng H.F., Gong M., Peng L.M. Microstructural characterization and mechanical properties of an Al_0.5CoCrFeCuNi high-entropy alloy in as-cast and heat-treated/quenched conditions // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 567. – P. 14–20. – DOI: 10.1016/j.msea.2013.01.006.

8. Additive manufacturing of CoCrFeNiMo eutectic high entropy alloy: Microstructure and mechanical properties / Q. Sui, Z. Wang, J. Wang, S. Xu, B. Liu, Q. Yuan, F. Zhao, L. Gong, J. Liu // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Vol. 913. – P. 165239. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.165239.

9. Structure and oxidation behavior of CoCrFeNi_X (where X is Al, Cu, or Mn) coatings obtained by electron beam cladding in air atmosphere / A.A. Ruktuev, D.V. Lazurenko, T.S. Ogneva, R.I. Kuzmin, M.G. Golkovski, I.A. Bataev // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 448. – P. 128921. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128921.

10. Microstructure evolution and critical stress for twinning in the CrMnFeCoNi high-entropy alloy / G. Laplanche, A. Kostka, O.M. Horst, G. Eggeler, E.P. George // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 118. – P. 152–163. – DOI: 10.1016/j.actamat.2016.07.038.

11. Effects of Al addition on the microstructure and mechanical property of Al_xCoCrFeNi 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.

12. Arun S., Radhika N., Saleh B. Effect of additional alloying elements on microstructure and properties of AlCoCrFeNi high entropy alloy system: A comprehensive review // Metals and Materials International. – 2024. – P. 1–40. – DOI: 10.1007/s12540-024-01752-3.

13. Laser surface alloying of FeCoCrAlNi high-entropy alloy on 304 stainless steel to enhance corrosion and cavitation erosion resistance / S. Zhang, C.L. Wu, C.H. Zhang, M. Guan, J.Z. Tan // Optics & Laser Technology. – 2016. – Vol. 84. – P. 23–31. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2016.04.011.

14. Phase separation in equiatomic AlCoCrFeNi high-entropy alloy / A. Manzoni, H. Daoud, R. Völkl, U. Glatzel, N. Wanderka // Ultramicroscopy. – 2013. – Vol. 132. – P. 212–215. – DOI: 10.1016/j.ultramic.2012.12.015.

15. Microstructure and compressive properties of AlCrFeCoNi high entropy alloy / Y.P. Wang, B.S. Li, M.X. Ren, C. Yang, H.Z. Fu // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 491 (1–2). – P. 154–158. – DOI: 10.1016/j.msea.2008.01.064.

16. Microstructural characterisation of high-entropy alloy AlCoCrFeNi fabricated by laser engineered net shaping / I. Kunce, M. Polanski, K. Karczewski, T. Plocinski, K.J. Kurzydlowski // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Vol. 648. – P. 751–758. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.144.

17. Understanding phase stability of Al-Co-Cr-Fe-Ni high entropy alloys / C. Zhang, F. Zhang, H. Diao, M.C. Gao, Z. Tang, J.D. Poplawsky, P.K. Liaw // Materials & Design. – 2016. – Vol. 109. – P. 425–433. – DOI: 10.1016/j.matdes.2016.07.073.

18. Структурно-фазовое состояние высокоэнтропийного сплава Al-Co-Cr-Fe-Ni, полученного проволочно-дуговой аддитивной технологией / К.А. Осинцев, В.Е. Громов, С.В. Коновалов, И.А. Панченко, Е.С. Ващук // Ползуновский вестник. – 2021. – № 1. – С. 141–146. – DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2021.01.020.

19. Corrosion behavior of AlCoCrFeNi_x high entropy alloys / A.M. Zemanate, A.M.J. Júnior, G.F. de Lima Andreani, V. Roche, K.R. Cardoso // Electrochimica Acta. – 2023. – Vol. 441. – P. 141844. – DOI: 10.1016/j.electacta.2023.141844.

20. Strengthening of nanoprecipitations in an annealed Al_0.5CoCrFeNi high entropy alloy / S. Niu, H. Kou, T. Guo, Y. Zhang, J. Wang, J. Li // Materials Science and Engineering: A. – 2016. – Vol. 671. – P. 82–86. – DOI: 10.1016/j.msea.2016.06.040.

21. Структурные преобразования при отжиге холоднодеформированного высокоэнтропийного сплава Al₀₃CoCrFeNi / И.В. Иванов, К.И. Эмурлаев, К.Э. Купер, Д.Э. Сафарова, И.А. Батаев // Известия вузов. Черная металлургия. – 2022. – Т. 65, № 8. – С. 539–547. – DOI: 10.17073/0368-0797-2022-8-539-547.

22. Strengthening by Ti, Nb, and Zr doping on microstructure, mechanical, tribological, and corrosion properties of CoCrFeNi high-entropy alloys / J.L. Zhou, Y.H. Cheng, Y.X. Wan, H. Chen, Y.F. Wang, J.Y. Yang // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – Vol. 984. – P. 173819. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.173819.

23. Influence of alloying elements (Cu, Ti, Nb) on the microstructure and corrosion behaviour of AlCrFeNi-based high entropy alloys exposed to oxygen-containing molten Pb / H. Shi, R. Fetzer, A. Jianu, A. Weisenburger, A. Heinzel, F. Lang, G. Müller // Corrosion Science. – 2021. – Vol. 190. – P. 109659. – DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109659.

24. Effect of Nb, Ti, and V on wear resistance and electrochemical corrosion resistance of AlCoCrNiM_x (M=Nb, Ti, V) high-entropy alloys / B. Pan, X. Xu, J. Yang, H. Zhan, L. Feng, Q. Long, H. Zhou // Materials Today Communications. – 2024. – Vol. 39. – P. 109314. – DOI: 10.1016/j.mtcomm.2024.109314.

25. Температурная зависимость механических свойств и закономерностей пластического течения литых многокомпонентных сплавов Fe₂₀Cr₂₀Mn₂₀Ni₂₀Co_20–хC_х (х = 0, 1, 3, 5) / Е.Г. Астафурова, Е.В. Мельников, К.А. Реунова, В.А. Москвина, С.В. Астафуров, М.Ю. Панченко, А.С. Михно, И. Тумбусова // Физическая мезомеханика. – 2021. – Т. 24, № 4. – С. 52–63. – DOI: 10.24412/1683-805X-2021-4-52-63.

26. On the difference in carbon-and nitrogen-alloying of equiatomic FeMnCrNiCo high-entropy alloy / E.G. Astafurova, K.A. Reunova, E.V. Melnikov, M.Yu. Panchenko, S.V. Astafurov, G.G. Maier, V.A. Moskvina // Materials Letters. – 2020. – Vol. 276. – P. 128183. – DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128183.

27. Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 153–179. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-153-179.

28. Effect of Nb and Ti additions on microstructure, hardness and wear properties of AlCoCrFeNi high-entropy alloy / F.C. Dalan, A.S.D.S. Sobrinho, R.K. Nishihora, S.F. Santos, G.V. Martins, K.R. Cardoso // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. 1010. – P. 177117. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.177117.

29. Ma S.G., Zhang Y. Effect of Nb addition on the microstructure and properties of AlCoCrFeNi high-entropy alloy // Materials Science and Engineering: A. – 2012. – Vol. 532. – P. 480–486. – DOI: 10.1016/j.msea.2011.10.110.

30. Пути улучшения свойств ВЭС Cantor CoCrFeNiMn и CoCrFeNiAl / В.Е. Громов, С.В. Коновалов, М.О. Ефимов, И.А. Панченко, В.В. Шляров // Известия вузов. Черная Металлургия. – 2024. – Т. 67, № 3. – С. 283–292. – DOI: 10.17073/0368-0797-2024-3-283-292.

31. Effect of Nb content on thermal stability, mechanical and corrosion behaviors of hypoeutectic CoCrFeNiNbχ high-entropy alloys / M. Zhang, L. Zhang, P.K. Liaw, G. Li, R. Liu // Journal of Materials Research. – 2018. – Vol. 33 (19). – P. 3276–3286. – DOI: 10.1557/jmr.2018.103.

32. Heat treatment impacts the micro-structure and mechanical properties of AlCoCrFeNi high entropy alloy / A. Munitz, S. Salhov, S. Hayun, N. Frage // Journal of Alloys and Compounds. – 2016. – Vol. 683. – P. 221–230. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.05.034.

33. Güler S., Alkan E.D., Alkan M. Vacuum arc melted and heat treated AlCoCrFeNiTiX based high-entropy alloys: Thermodynamic and microstructural investigations // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Vol. 903. – P. 163901. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163901.

34. Effects of heat treatment on the precipitation behaviors and mechanical properties of Nb-doped CrMnFeCoNi_0.8 high-entropy alloy / S. Huang, H. Wu, Y. Xu, H. Zhu // Materials Science and Engineering: A. – 2023. – Vol. 885. – P. 145611. – DOI: 10.1016/j.msea.2023.145611.

35. Selective laser melting of AlCoCrFeMnNi high entropy alloy: Effect of heat treatment / Y. Fang, P. Ma, S. Wei, Z. Zhang, D. Yang, H. Yang, G.P. Konda, S. Wan, Y. Jia // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 26. – P. 7845–7856. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.09.121.

36. Effect of heat treatment on the phase composition, microstructure and mechanical properties of Al_0.6CrFeCoNi and Al_0.6CrFeCoNiSi_0.3 high-entropy alloys / L. Chen, K. Bobzin, Z. Zhou, L. Zhao, M. Öte, T. Königstein, Z. Tan, D. He // Metals. – 2018. – Vol. 8. – P. 974. – DOI: 10.3390/met8110974.

37. Effect of heat treatment on the microstructure and nanoindentation behavior of AlCoCrFeNi high entropy alloy / G. Shang, Z.Z. Liu, J. Fan, X.G. Lu // Intermetallics. – 2024. – Vol. 169. – P. 108302. – DOI: 10.1016/j.intermet.2024.108302.