ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Порошковые высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) системы CoCrCuFeNi, получаемые методами порошковой металлургии, обладают высокой прочностью, но низкой пластичностью из-за ультрамелкозернистой структуры и неравномерного распределения медной фазы. Один из подходов к улучшению баланса механических свойств заключается во введении микродобавок неметаллических элементов, в частности углерода, который может способствовать повышению как прочности, так и пластичности. Цель работы. Определение влияния содержания углерода (0,2…1,0 масc. %) и термической обработки на фазовый состав, микроструктуру, механические и трибологические свойства порошковых ВЭС CoCrCuFeNi, изготовленных механическим легированием и горячим прессованием. Методы исследования. В работе использовались методы РФА, СЭМ, ПЭМ, испытания на твердость, изгиб, растяжение и трибологические испытания по схеме «стержень – пластина» (контртело Si₃N₄). Результаты и обсуждение. Установлено, что углерод связывается в карбиды Cr₂₃C₆ и Cr₂(C, N) без изменения соотношения основных фаз. Твердость возрастает с 3,27 до 3,56 ГПа, предел прочности при изгибе – с 1440 до 1620 МПа. Для сплава с добавкой 1,0 масc. % C после отжига достигнуты предел прочности при изгибе 1780 МПа, предел прочности при растяжении 1010 МПа и остаточная деформация 2,3 %, тогда как базовый сплав разрушается хрупко при 730 МПа. По данным ПЭМ, карбиды локализуются по границам зерен матрицы (620…840 нм), обеспечивая переход от интеркристаллитного скола к вязкому ямочному излому. Коэффициент трения (0,75…0,77) слабо зависит от состава; минимальный износ достигнут после отжига легированного углеродом сплава. Установлено, что легирование углеродом (1 масc. %) и проведение термической обработки порошковых ВЭС CoCrCuFeNi обеспечивает рост прочности и пластичности за счет карбидного упрочнения и оптимизации структуры границ зерен.

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 (5). – 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. Enhanced strength-ductility synergy in Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀ high-entropy alloy with multi-scale nanotwins / H. Jiao, D. Zhong, B. Peng, M. Mei, N. Xu, R.D.K. Misra, Y. Tang, L. Zhao // Materials Science and Engineering A. – 2026. – Vol. 949. – P. 149447. – DOI: 10.1016/J.MSEA.2025.149447.

4. Enhanced strength-ductility synergy in a Cu-based high entropy alloy via severe cold-deformed and annealing treatment / J. Li, K. Feng, F. Zhou, Q. Qin, T. Yu, H. Zhao, L. Ge // Journal of Materials Research and Technology. – 2025. – Vol. 39. – P. 7717–7731. – DOI: 10.1016/J.JMRT.2025.11.133.

5. Superior strength-ductility synergy in additively manufactured CoCrFeNi high-entropy alloys with multi-scale hierarchical microstructure / S. Wang, Z. Chen, R. Chen, Z. Wu, Y. Jia, W. Zhang, Y. Wang, W. Liu, Y. Zhao, R. Shi, B. Cao, S. Yu, J. Wei // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – Vol. 1006. – P. 176268. – DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2024.176268.

6. Enhanced strength-ductility synergy in complex hetero-structured eutectic high entropy alloy via multi-mechanism deformation / P. Wang, C. Chen, Z. Pu, Z.-L. Xu, K. Chan // Journal of Materials Science and Technology. – 2026. – Vol. 265. – P. 235–255. – DOI: 10.1016/J.JMST.2025.11.024.

7. Deciphering the role of stacking fault energy on TWIP–TRIP interplay in Ni-rich high entropy alloy with tailored Ti content / S. Maharana, S. Biswal, M. Sabat, D.K.V.D. Prasad, T. Laha // International Journal of Plasticity. – 2026. – Vol. 199. – P. 104642. – DOI: 10.1016/J.IJPLAS.2026.104642.

8. Manufacturing of metal–diamond composites with high-strength CoCrCu_xFeNi high-entropy alloy used as a binder / P.A. Loginov, A.D. Fedotov, S.K. Mukanov, O.S. Manakova, A.A. Zaitsev, A.S. Akhmetov, S.I. Rupasov, E.A. Levashov // Materials. – 2023. – Vol. 16 (3). – P. 1285. – DOI: 10.3390/MA16031285.

9. The effect of copper on the microstructure, wear and corrosion resistance of CoCrCuFeNi high-entropy alloys manufactured by powder metallurgy / S. Mukanov, P. Loginov, A. Fedotov, M. Bychkova, M. Antonyuk, E. Levashov // Materials. – 2023. – Vol. 16 (3). – P. 1178. – DOI: 10.3390/MA16031178.

10. High-entropy Fe-Cr-Ni-Co-(Cu) coatings produced by vacuum electro-spark deposition for marine and coastal applications / K.A. Kuptsov, M.N. Antonyuk, A.N. Sheveyko, A.V. Bondarev, S.G. Ignatov, P.V. Slukin, P. Dwivedi, A. Fraile, T. Polcar, D.V. Shtansky // Surface and Coatings Technology. – 2023. – Vol. 453. – P. 129136. – DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2022.129136.

11. Высокоэнтропийные покрытия Fe–Co–Cr–Ni–(Cu) с повышенной коррозионной и трибокоррозионной стойкостью, полученные электроискровым легированием в вакууме / М.Н. Фатыхова, К.А. Купцов, А.Н. Шевейко, А.Р. Гизатуллина, П.А. Логинов, Д.В. Штанский // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2024. – Т. 30, № 3. – С. 87–96. – DOI: 10.17073/0021-3438-2024-3-87-96.

12. Burla A., Khandelwal M., Vaidya M. Antibacterial properties of Cu containing complex concentrated alloys // Materials Today Communications. – 2022. – Vol. 33. – P. 104915. – DOI: 10.1016/J.MTCOMM.2022.104915.

13. Liquid-phase separation in undercooled CoCrCuFeNi high entropy alloy / T. Guo, J. Li, J. Wang, Y. Wang, H. Kou, S. Niu // Intermetallics. – 2017. – Vol. 86. – P. 110–115. – DOI: 10.1016/J.INTERMET.2017.03.021.

14. Yu P., Lin C.M., Kou S. Microstructure evolution of a CoCrFeNiCu high entropy alloy in directional solidification by arc welding and quenching // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. 1039. – P. 183228. – DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2025.183228.

15. Achieving a high-strength cocrfenicu high-entropy alloy with an ultrafine-grained structure via friction stir processing / N. Li, C.L. Jia, Z.W. Wang, L.-H. Wu, D.R. Ni, Z.-K. Li, H. Fu, P. Xue, B.-L. Xiao, Z.Y. Ma, Y. Shao, Y.-L. Chang // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). – 2020. – Vol. 33 (7). – P. 947–956. – DOI: 10.1007/S40195-020-01037-9.

16. Thangaraju S., Bouzy T.E., Hazotte A. Phase stability of a mechanically alloyed CoCrCuFeNi high entropy alloy // Advanced Engineering Materials. – 2017. – Vol. 19 (8). – P. 1700095. – DOI: 10.1002/ADEM.201700095.

17. Effects of Cu additions on microstructure and mechanical properties of as-cast CrFeCoNiCux high-entropy alloy / Q. Hu, H.L. Wang, L.H. Qian, L.-c. Zeng, Q. Wang, X.-w. Liu // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2023. – Vol. 33 (6). – P. 1803–1813. – DOI: 10.1016/S1003-6326(23)66223-5.

18. Mechanical and tribological characteristics of nickel-rich CoCrCu_xFeNi₂ high entropy-alloys / A.D. Fedotov, S.K. Mukanov, B.Yu. Romanenko, P.A. Loginov, M.Ya. Bychkova, S.I. Rupasov // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2024. – Т. 30, № 1. – С. 55–69. – DOI: 10.17073/0021-3438-2024-1-55-69.

19. Boron-doped high entropy CrFeCoNiCu alloy-based composites reinforced with oxides and borides with enhanced thermomechanical properties / U.U. Narzulloev, A.T. Matveev, L.Y. Kaplanskaya, S. Mukanov, K. Kuptsov, T. Teplyakova, P. Loginov, I. Shchetinin, D. Shtansky // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. 1036. – P. 181778. – DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2025.181778.

20. 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.

21. The way to improve strength and ductility of heavily carbon-alloyed high-entropy Fe₂₀Mn₂₀Cr₂₀Ni₂₀Co₁₅C₅ alloy / S.V. Astafurov, E.V. Melnikov, K.A. Reunova, M.Yu. Panchenko, E.A. Zagibalova, K.V. Krukovskii, E.G. Astafurova // Materials Science and Engineering A. – 2022. – Vol. 851. – P. 143628. – DOI: 10.1016/J.MSEA.2022.143628.

22. Temperature dependence of the deformation behavior of high-entropy alloys Co₂₀Cr₂₀Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀, Co₁₉Cr₂₀Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀C₁, and Co₁₇Cr₂₀Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀C₃. Mechanical properties and temperature dependence of yield stress alloy / E.G. Astafurova, K.A. Reunova, S.V. Astafurov, D.O. Astapov // Physical Mesomechanics. – 2024. – Vol. 27. – P. 113–123. – DOI: 10.1134/S1029959924020012.

23. Temperature dependence of mechanical properties and plastic flow behavior of cast multicomponent alloys Fe₂₀Cr₂₀Mn₂₀Ni₂₀Co_20-xC_x (x = 0, 1, 3, 5) / E.G. Astafurova, E.V. Melnikov, K.A. Reunova, S.V. Astafurov, M.Yu. Panchenko, A. Mikhno, I. Tumbusova // Physical Mesomechanics. – 2021. – Vol. 24. – P. 674–683. – DOI: 10.1134/S1029959921060059.

24. Synergistic enhancement of strength and ductility of CoCrNi medium-entropy alloy via dual carbon-induced heterogeneous structures / Q.K. Wang, S.A. Li, L.X. He, Z.K. Wang, Y. Cai, N. Zhang, X.J. Zhao, L. Lu // Materials Science and Engineering A. – 2025. – Vol. 948. – P. 149317. – DOI: 10.1016/j.msea.2025.149317.

25. Amani-Ghadim H., Farjam R., Akbari A. Carbon doped Co₄₀Cr₂₀Ni₂₀Fe₁₀Mn₁₀ high entropy alloy: microstructure and mechanical properties // High Entropy Alloy Materials. – 2026. – Vol. 2026. – P. 1–19. – DOI: 10.1007/S44210-025-00073-3.

26. Microstructure and compressive deformation behavior of carbon-doped Fe0.5CrMnAlCu high-entropy alloy / K. Ma, L. Feng, J. Liu, Y.  Zhao // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. 1046. – P. 184880. DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2025.184880.

27. Overcoming the strength-ductility trade-off of additively manufactured metastable high-entropy alloy via carbon doping / Q. Tang, S. Peng, C. Lin, Y. Hou, L. Chen, Z. Li // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. 1036. – P. 181960. – DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2025.181960.

28. Получение износостойких боридных керметов на основе высокоэнтропийного сплава CoCrCuFeNi методом горячего прессования / А.Д. Федотов, С.К. Муканов, С.И. Рупасов, П.А. Логинов, Е.А. Левашов // Металлург. – 2026. – № 1. – С. 93–102. – DOI: 10.52351/00260827_2026_1_93.

29. The effect of interstitial carbon on the mechanical properties and dislocation substructure evolution in Fe40.4Ni11.3Mn34.8Al7.5Cr6 high entropy alloys / Z. Wang, I. Baker, Z. Cai, S. Chen, J.D. Poplawsky, W. Guo // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 120. – P. 228–239. – DOI: 10.1016/j.actamat.2016.08.072.

30. Ultrahigh-strength and ductile CoCrFeNi-based high-entropy alloys manufactured by laser powder bed fusion with multiple strengthening mechanisms / Z. Wu, M. He, H. Cao, S. Wang, R. Chen, B. Cao, R. Shi, X. Liu, S. Yu, S. Wang, J. Bai, J. Wei // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 25. – P. 2948–2960. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.06.110.

31. Deformation behavior of nanocrystalline and ultrafine-grained CoCrCuFeNi high-entropy alloys / S. Nam, J.Y. Hwang, J. Jeon, J. Park, D. Bae, M.J. Kim, J.H. Kim, H. Choi // Journal of Materials Research. – 2019. – Vol. 34 (5). – P. 720–731. – DOI: 10.1557/JMR.2018.477.