Introduction. Powder metallurgy high-entropy alloys (HEAs) of the CoCrCuFeNi system exhibit high strength but low ductility due to their ultrafine-grained structure and inhomogeneous distribution of the copper-rich phase. One approach to improve the balance of mechanical properties involves the microaddition of non-metallic elements, particularly carbon, which can enhance both strength and ductility. The purpose of this study is to determine the effect of carbon content (0.2–1.0 wt.%) and heat treatment on the phase composition, microstructure, mechanical properties, and tribological behavior of powder metallurgy CoCrCuFeNi HEAs fabricated by mechanical alloying and hot pressing. Materials and methods. The investigation employed X‑ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), hardness testing, bending testing, tensile testing, and pin‑on‑plate tribological testing (with Si3N4 as the counterbody). Results and discussion. It is established that carbon is bound into Cr23C6 and Cr2(C,N) phases without altering the ratio of the major phases. Hardness increase from 3.27 to 3.56 GPa, and bending strength increased from 1,440 to 1,620 MPa. For the alloy containing 1.0 wt.% C after annealing, a bending strength of 1,780 MPa, a tensile strength of 1,010 MPa, and an elongation of 2.3% were achieved, whereas the base alloy exhibited brittle fracture at 730 MPa. TEM analysis revealed that carbides are predominantly located at grain boundaries of the matrix (grain size 620–840 nm), facilitating a transition from intergranular cleavage to ductile dimple fracture. The friction coefficient (0.75–0.77) is weakly dependent on composition, while the lowest wear is attained after annealing of the carbon‑alloyed composition. It is found that alloying with carbon (1.0 wt.%) followed by heat treatment enhances both the strength and ductility of powder metallurgy CoCrCuFeNi HEAs through carbide strengthening and optimization of grain boundary structure.
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.