Том 26 № 4 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Шамкувар С., Гураджала Н.К., Дакарапу С.Р. Исследование влияния гибридных наножидкостей на растительной основе на производительность обработки при токарной обработке с минимальным количеством СОЖ................................................................................................................................... 6 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Кулкарни А.П. Влияние направления печати на характер износа PLAбиоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава......................... 19 Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Сидоров Е.А., Утяганова В.Р., Амиров А.И., Колубаев Е.А. Искажение геометрии, окисление кромки, структурные изменения и морфология поверхности реза листового проката толщиной 100 мм из алюминиевых, медных и титановых сплавов при плазменной резке на токе обратной полярности........................................................................................................................................................................... 41 Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости....................................... 57 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка качества и механических свойств получаемых слоев металла из низкоуглеродистой стали методом WAAM с использованием дополнительной механической и ультразвуковой обработки............................................................................................................................................... 75 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Юсубов Н.Д., Аббасова Х.М. Систематика многоинструментных наладок на станках токарной группы............... 92 Тошов Дж.Б., Фозилов Д.М., Елемесов К.К., Рузиев У.Н., Абдуллаев Д.Н., Басканбаева Д.Д., Бекирова Л.Р. Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления.................................. 112 Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков................................................................................................................................................................................... 125 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования.............................................................................................................................................. 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения.................................................................................................................................. 153 Сюсюка Е.Н., Аминева Е.Х., Кабиров Ю.В., Пруцакова Н.В. Анализ изменения микроструктуры компрессионных колец вспомогательного судового двигателя.................................................................................................... 180 Дударева А.А., Бушуева Е.Г., Тюрин А.Г., Домаров Е.В., Насенник И.Е., Шикалов В.С., Скороход К.А., Легкодымов А.А. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневауумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B...................................................................................................................................................... 192 Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча......................... 206 Саблина Т.Ю., Панченко М.Ю., Зятиков И.А., Пучикин А.В., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н. Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением........................................................................................................................................................................... 218 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 234 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 243 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 05.12.2024. Выход в свет 16.12.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 30,5. Уч.-изд. л. 56,73. Изд. № 165. Заказ 231. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 4 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 4 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Manikanta J.E., Ambhore N., Shamkuwar S., Gurajala N.K., Dakarapu S.R. Investigation of vegetable-based hybrid nanofl uids on machining performance in MQL turning........................................................................................... 6 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Kulkarni A.P. Impact of print orientation on wear behavior in FDM printed PLA Biomaterial: Study for hip-joint implant...................................................................................................................... 19 GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Sidorov E.A., Utyaganova V.R.,AmirovA.I., Kolubaev E.A. Geometry distortion, edge oxidation, structural changes and cut surface morphology of 100mm thick sheet product made of aluminum, copper and titanium alloys during reverse polarity plasma cutting...................................................................................... 41 Somatkar A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofl uid minimum quantity lubrication conditions............................................................................................... 57 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the quality and mechanical properties of metal layers from low-carbon steel obtained by the WAAM method with the use of additional using additional mechanical and ultrasonic processing..................................................................................................................................................... 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Yusubov N.D., Abbasova H.M. Systematics of multi-tool setup on lathe group machines............................................... 92 Toshov J.B., Fozilov D.M., Yelemessov K.K., Ruziev U.N., Abdullayev D.N., Baskanbayeva D.D., Bekirova L.R. Increasing the durability of drill bit teeth by changing its manufacturing technology......................................................... 112 Pospelov I.D. Investigation of the distribution of normal contact stresses in deformation zone during hot rolling of strips made of structural low-alloy steels to increase the resistance of working rolls..................................................... 125 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Manufacturing of tool electrodes with optimized confi guration for copy-piercing electrical discharge machining by rapid prototyping method.......................... 138 MATERIAL SCIENCE Shubert A.V., Konovalov S.V., Panchenko I.A. A review of research on high-entropy alloys, its properties, methods of creation and application.................................................................................................................................................. 153 Syusyuka E.N., Amineva E.H., Kabirov Yu.V., Prutsakova N.V. Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine.......................................................................................................... 180 Dudareva A.A., Bushueva E.G., Tyurin A.G., Domarov E.V., Nasennik I.E., Shikalov V.S., Skorokhod K.A., Legkodymov A.A. The eff ect of hot plastic deformation on the structure and properties of surface-modifi ed layers after non-vacuum electron beam surfacing of a powder mixture of composition 10Cr-30B on steel 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti............................................................................................................................................................................. 192 Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfacing........................................................................................... 206 Sablina T.Y., Panchenko M.Yu., Zyatikov I.A., Puchikin A.V., Konovalov I.N., Panchenko Yu.N. Study of surface hydrophilicity of metallic materials modifi ed by ultraviolet laser radiation........................................................................ 218 EDITORIALMATERIALS 234 FOUNDERS MATERIALS 243 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 153 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения Анна Шуберт a, *, Сергей Коновалов b, Ирина Панченко c Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, г. Новокузнецк, 654007, Россия a https://orcid.org/0000-0001-7355-2955, shubert-anna@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0003-4809-8660, konovalov@sibsiu.ru; c https://orcid.org/0000-0002-1631-9644, i.r.i.ss@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 153–179 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-153-179 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.793.71 История статьи: Поступила: 21 апреля 2024 Рецензирование: 17 мая 2024 Принята к печати: 17 сентября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Высокоэнтропийные сплавы Износостойкость Жаропрочность Термоустойчивость Пластичность Усталостные свойства Легирование Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-49-00015, https://rscf.ru/ project/23-49-00015/. АННОТАЦИЯ Введение. В статье рассматриваются перспективы изучения высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) – металлических материалов с уникальными свойствами. Изучение высокоэнтропийных сплавов актуально в связи с их свойствами, экологической устойчивостью, экономической выгодой и технологическим потенциалом. ВЭС представляют интерес для исследователей благодаря их стабильности, прочности, коррозионной стойкости и другим характеристикам, что делает их перспективными для использования в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении, медицине и микроэлектронике. Таким образом, исследование ВЭС способствует развитию новых материалов и технологическому прогрессу, обеспечивая возможности для создания инновационных продуктов и совершенствования существующих решений. Для эффективного использования потенциала высокоэнтропийных сплавов требуются исследования в ряде направлений. Во-первых, необходимо улучшить технологию производства таких сплавов и разработать новые способы их получения с улучшенными характеристиками и сниженной стоимостью. Во-вторых, требуется установить основные принципы работы высокоэнтропийных сплавов и изучить механизмы, оказывающие влияние на их свойства. Следует также разработать новые сплавы с заданными свойствами, провести эксперименты и компьютерное моделирование для оптимизации характеристик сплавов и определения наилучших составов. Цель работы: обзор последних достижений в области высокоэнтропийных сплавов (ВЭС), их свойств, методов создания и применения, а также определение наиболее перспективных направлений для дальнейших исследований. Методами исследования являются обзор и анализ на основании разработок преимущественно 2020–2024 гг., которые были выполнены отечественными и зарубежными учеными. В статье обсуждаются перспективы исследования высокоэнтропийных сплавов – материалов, имеющих широкий спектр применения в различных отраслях промышленности. В работе приводятся результаты исследований, проведенных преимущественно в 2020–2024 гг. Описываются основные свойства высокоэнтропийных сплавов, такие как высокая прочность, коррозионная стойкость, усталостные свойства сплавов, пластичность и деформируемость, термоустойчивость, электропроводящие и магнитные свойства, а также возможность создания сплавов с заданными характеристиками. Выявлены самые распространенные методы изменения свойств сплавов. Рассматриваются направления дальнейшего развития исследований в этой области. Результаты и обсуждение. Обзор литературы показывает, что наиболее перспективным направлением для дальнейшего изучения можно считать электропроводящие и магнитные свойства высокоэнтропийных сплавов. Это направление открывает значительные возможности для разработки новых энергосберегающих технологий, высокоэффективных сенсоров и магнитных материалов, что может привести к существенным инновациям в таких областях, как электроника, энергетика и информационные технологии. Исходя из проведенного анализа можно заключить, что высокоэнтропийные сплавы представляют собой перспективный класс материалов с широким спектром потенциальных применений. Дальнейшие исследования должны быть направлены на расширение границ знаний в области составов, методов и свойств ВЭС, а также на разработку новых материалов с улучшенными характеристиками, что откроет новые горизонты для инноваций в различных технологических секторах. Для цитирования: 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. ______ *Адрес для переписки Шуберт Анна Владиславовна, аспирант Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, г. Новокузнецк, Россия Тел.: +7 913 437-89-70, e-mail: shubert-anna@mail.ru Введение Изучение высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) началось в относительно недавнее время, в начале XXI века. Их исследование связано с интересом к созданию новых материалов с необычными свойствами и потенциалом для различных применений. Высокоэнтропийные сплавы были предложены и исследованы в начале 2000-х годов группой ученых под руководством профессора Юнду Ли (Yeh J.W.) из Национального центра эксельсиорского университета Тайваня. Они опубликовали свои исследования в журналах в 2004 г. [1]. Высокоэнтропийные сплавы (High-Entropy Alloys, HEAs) представляют собой класс материалов, в которых пять или более различных
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 154 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ элементов смешиваются в равных или близких пропорциях [2]. Это открывает возможность формирования новых типов кристаллических структур и фаз, включая необычные кристаллические структуры, аморфные области и другие формы организации атомов, которые могут обладать уникальными свойствами. Современные исследования показывают, что в высокоэнтропийных сплавах возможно образование структур и фаз, которые ранее не были обнаружены или не были хорошо изучены. Это расширяет традиционные представления о возможностях данного класса материалов. Первые высокоэнтропийные сплавы были созданы путем плавления и смешивания элементов в соответствующих пропорциях, а затем охлаждения расплава до получения сплава. Это отличает их от традиционных сплавов, где обычно преобладает один или два основных элемента. Высокоэнтропийные сплавы характеризуются высокой энтропией конфигурации атомов, обусловленной равномерным распределением пяти или более различных элементов в их структуре. Ранее считалось, что формирование однофазной структуры и равное присутствие элементов являются обязательными условиями, но современная концепция высокоэнтропийных сплавов продолжает эволюционировать. Введение элементов в равных пропорциях и формирование однофазной структуры больше не рассматривается как обязательное требование, что открывает новые перспективы и возможности для дальнейших исследований в этой области. Сплавы могут обладать выдающимися механическими свойствами, такими как высокая прочность, твердость и устойчивость к износу. Это делает их полезными для создания легких, но прочных материалов для авиации, автомобилестроения и других отраслей. Некоторые ВЭС могут быть стойкими к агрессивным окружающим средам, что делает их подходящими для применения в условиях, где материалы должны сохранять свои свойства в течение длительного времени. Из-за своей составной природы ВЭС могут быть более доступными и экономически эффективными в производстве по сравнению с традиционными сплавами. За последние десятилетия интерес к сплавам, разработанным на основе энтропийного подхода, заметно вырос, что объясняется перспективой ВЭС. За рубежом идея высокоэнтропийных сплавов была предложена в начале 2000-х гг., в России же исследования высокоэнтропийных сплавов начались чуть позже. Первые публикации и исследования российских ученых в этой области появились в конце 2000-х гг. и начале 2010-х гг. К 2010 г. российские исследователи уже активно занимались изучением ВЭС, публиковали статьи и участвовали в международных конференциях. Исследователей особенно волнует потенциал открытия у металлов свойств, которые не присущи обычным материалам. Это может включать в себя новые формы магнитных или электрических свойств, суперпластичность, уникальную стабильность при высоких температурах и другие характеристики, которые не только преодолевают ограничения традиционных материалов, но и открывают двери для создания совершенно новых технологий и инновационных применений. Эти открытия могут стать ключом к разработке более эффективных и прогрессивных материалов, которые будут использоваться в широком спектре отраслей, от энергетики до медицины. Однако следует отметить, что исследования в области высокоэнтропийных сплавов все еще находятся на начальном этапе, и требуются дополнительное исследование и разработка, чтобы полностью раскрыть их потенциал и определить конкретные области применения. Целью данной работы является обзор последних достижений в области высокоэнтропийных сплавов (ВЭС), их свойств, методов создания и применения, а также определение наиболее перспективных направлений для дальнейших исследований. Задачи исследования: 1) осуществить обзор современных методов получения ВЭС; 2) исследовать влияние легирующих элементов на свойства ВЭС; 3) оценить свойства покрытий на основе ВЭС; 4) изучить коррозионную стойкость ВЭС; 5) изучить термостойкость ВЭС; 6) исследовать прочностные и пластические свойства ВЭС;
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 155 MATERIAL SCIENCE 7) изучить электропроводящие и магнитные свойства ВЭС; 8) определить перспективные области применения ВЭС. Методика исследований В статье рассмотрены результаты обзора литературы, посвященной высокоэнтропийным сплавам. Исследование проведено на основании разработок преимущественно за 2020–2024 гг., которые были выполнены отечественными и зарубежными учеными. Изучены методы получения ВЭС с целью определения наиболее преобладающего. Учитывая высокий интерес ученых как к антикоррозийным свойствам сплавов в целом, так и к свойствам покрытий в частности, наибольшая часть обзора посвящена именно этому вопросу. В исследовании также приведены работы по улучшению термоустойчивости, прочности, пластичности, электропроводности и магнитных свойств высокоэнтропийных сплавов. Исходя из анализа статистических данных, полученных из междисциплинарной бесплатной научной базы данных Scilit, которая индексирует научные материалы, можно отметить значительный рост публикаций и исследований по высокоэнтропийным сплавам за последние несколько лет. Это свидетельствует о повышенном интересе к данной теме и делает текущий период наиболее актуальным для проведения анализа в этой области. Анализ данных был проведен на момент августа 2024 г. Более подробная динамика количества публикаций на тему «Высокоэнтропийные сплавы» проиллюстрирована с помощью графика на рис. 1, отображающего количество публикаций в зависимости от года выпуска. Из представленных статистических данных видно, что исследования в области высокоэнтропийных сплавов переживают значительный рост за последние несколько лет. Начиная с 2004 г. количество публикаций по указанной теме постепенно увеличивалось, но наиболее заметный скачок произошел после 2015 г. С 2015 по 2024 г. количество публикаций увеличилось более чем в 10 раз, что свидетельствует о растущем интересе к этой области исследований. Такой стремительный рост может быть обусловлен как расширением знаний в области высокоэнтропийных сплавов, так и повышенным вниманием к этой теме со стороны научного сообщества. В настоящее время множество исследовательских групп по всему миру, включая США, Японию, Южную Корею, Китай и Европу, активно занимаются изучением высокоэнтропийных сплавов. Эти группы не только проводят фундаментальные исследования, но и разрабатывают Рис. 1. Количество публикаций на тему «Высокоэнтропийные сплавы» в зависимости от года выпуска Fig. 1. The number of publications on the topic “High-entropy alloys” depending on the year of publication
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 156 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 2. Количество публикаций на тему «Высокоэнтропийные сплавы» в разных странах Fig. 2. The number of publications on the topic “High-entropy alloys” in diff erent regions новые методы производства, улучшают свойства материалов и расширяют области их применения. Сотни ученых и инженеров по всему миру углубленно изучают эту область материаловедения. На сегодняшний день около 100 стран принимают активное участие в разработке и изучении высокоэнтропийных сплавов. Это свидетельствует о том, что данная область науки и техники привлекает внимание исследователей со всего мира, что способствует более глубокому пониманию и раскрытию потенциала рассматриваемых материалов. Для наглядной демонстрации географического разнообразия интереса к высокоэнтропийным сплавам на рис. 2 представлен список стран и количество публикаций, что позволяет оценить вклад каждой страны в эту область исследований. Китай лидирует по количеству публикаций, значительно опережая остальные страны. США занимают второе место, однако их вклад существенно меньше. Далее следуют Индия, Германия и Япония, демонстрируя умеренную активность в этой области. Южная Корея и Россия имеют сопоставимое количество публикаций. Великобритания, Франция и Австралия замыкают список. Приведенные данные указывают на высокую актуальность темы высокоэнтропийных сплавов в мировой научной среде с заметным лидерством Китая. В настоящем обзоре приведены публикации из разных регионов, однако большая часть исследований выполнены на базе университетов и научных институтов Китая. Выбор исследования разработок зарубежных ученых, в частности из Китая, при изучении высокоэнтропийных сплавов за последние четыре года обусловлен несколькими факторами: Китай является одним из лидеров в области исследований и разработок высокоэнтропийных сплавов; в стране активно проводятся исследования в этой области, создаются новые сплавы и технологии их производства. Изучение зарубежных разработок позволяет оценить уровень развития науки в других странах, а также использовать их опыт и достижения для улучшения собственных исследований. Результаты и их обсуждение Методы получения высокоэнтропийных сплавов Высокоэнтропийные сплавы можно получить несколькими способами. Могут быть использованы различные технические решения, связанные с процессами плавления, порошковой металлургии (механического легирования порошков), сварки, спиннингования, splat-охлаждения, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, магнетронного распыления мишеней, наплавки порошковых смесей на металлическую основу.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 157 MATERIAL SCIENCE Самые первые ВЭС были получены в результате индукционной и дуговой плавки с последующим литьем [1, 2]. Этот процесс включал в себя плавление различных металлических компонентов сплава с использованием индукционной или дуговой печи, после чего расплавленный материал заливался в формы для создания желаемой формы и размера изделия. Рогачев А.С. в своем исследовании [3] отмечает, что наиболее преобладающими методами получения ВЭС считают следующие: – метод кристаллизации из расплавов; – механическое сплавление в планетарных мельницах в сочетании с электроискровым плазменным спеканием; – электроискровое плазменное спекание; – синтез в режиме горения (СВС). Помимо перечисленных методов, которые можно назвать классическими, в последние годы можно встретить и другие методы получения ВЭС. Ученые State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials в своей работе рассмотрели все методы получения сплавов для покрытий и изучили свойства ВЭС. Ими было отмечено, что наиболее перспективным считается лазерно-аддитивный метод, который обладает высокой технологической точностью [4]. Метод лазерного аддитивного производства позволяет создавать сложные трехмерные структуры высокоэнтропийных сплавов прямо из порошков или проволоки. Лазерная плавка материала с высокой точностью и контролем параметров процесса позволяет получать сплавы с заданными микроструктурами и свойствами. В исследовании [5] был проведен обзор различных сплавов, полученных с помощью лазерного аддитивного производства. Отмечено, что данные сплавы отличаются быстрым проектированием и изготовлением, а также хорошими теплофизическими и механическими свойствами. В исследовании [6] был получен высокоэнтропийный сплав CrMnFeCoNi, обладающий выдающимися износостойкими и коррозионными свойствами, с помощью лазерного аддитивного производства и последующей лазерной ударной обработки. После лазерной обработки результаты показали значительное улучшение эксплуатационных свойств. В частности, коэффициент трения и скорость износа образцов значительно снизились. Например, высота царапин на поверхности необработанного образца колебалась от –4,5 до 4,2 мкм, тогда как на образце, обработанном лазером с энергией 2 Дж, высота колебалась от –4,2 до 5,6 мкм. При увеличении энергии лазера до 4 и 6 Дж на обработанных поверхностях наблюдались значительная колебательная рябь и более выраженные изменения микроструктуры. Результаты испытаний на коррозию показали, что обработанные лазером образцы имели более низкую плотность коррозионного тока и более высокий коррозионный потенциал по сравнению с необработанными образцами, что указывает на улучшение коррозионной стойкости. В частности, у обработанных образцов наблюдалось снижение коррозионного тока до 0,1 мкА/см2 и повышение коррозионного потенциала до –0,3 В, что свидетельствует о формировании более плотных пассивных пленок, способных защитить материал от агрессивных ионов. Основные выводы работы заключаются в том, что лазерное ударное упрочнение приводит к образованию слоя с повышенной микротвердостью и сжатием остаточного напряжения, который в свою очередь уменьшает износ и защищает материал от коррозии. Эти улучшения обусловлены утонением зерен и созданием остаточных напряжений сжатия, что способствует формированию более стойких пассивных пленок. В недавнем исследовании, проведенном в ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет», обсуждается инновационный метод дуговой наплавки с использованием порошковой проволоки, который предлагает новый подход к изготовлению высокоэнтропийных сплавов. Метод включает в себя использование специально разработанных порошковых проволок и высококремнистого марганцевого флюса для наплавки; это позволяет избежать проблем, связанных с традиционными порошковыми методами. Исследование показало, что полученный металл состоит в основном из железа и легирующих элементов. Однако выявлены определенные проблемы, такие как наличие неметаллических включений и сравнительно низкая твердость по сравнению с эквимолярными высокоэнтропийными сплавами. Полученные результаты подчеркивают как потенциал, так и ограничения нового метода,
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1