Закономерности повышения функциональных свойств высокоэнтропийного сплава FeNiMnC путем формирования ультрамелкозернистой структуры

Традиционный подход в создании новых конструкционных материалов заключается в выборе одного основного элемента в качестве матрицы, которая легируется для получения желаемой комбинации механических и/или технологических свойств. В последние годы был предложен новый подход к созданию многокомпонентных сплавов, содержащих несколько элементов с концентрацией близкой к эквиатомной. Для таких сплавов характерны повышенные, по сравнению с традиционными сплавами, значения энтропии смешения, в связи с чем, они получили название высокоэнтропийных сплавов (ВЭС). Повышенное значение энтропии в ВЭС объясняется тем, что энтропия смешения между растворёнными компонентами максимальна, когда эти компоненты находятся в эквиатомной концентрации. Вследствие этого в ряде ВЭС формируются однофазные твёрдые растворы, которые имеют простую ОЦК- или ГЦК-решётку. В зависимости от химического состава ВЭС способны демонстрировать повышенные функциональные свойства, такие как твёрдость, износостойкость, высокотемпературная прочность, коррозионная стойкость и сверхпластичность. Вместе с тем, новые возможности в направлении регулирования функциональных свойств металлов и сплавов открывает формирование ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры методами интенсивной пластической деформации (ИПД). Известно, что методами ИПД можно измельчить зерно до размеров менее 300 нм в различных металлах и сплавах [1], при этом используя термообработку УМЗ образцов можно дополнительно повысить их прочность и предел выносливости. Известны обзоры, в которых приведены результаты исследований структуры и свойств высокоэнтропийных сплавов [2-5], однако в них представлены экспериментальные данные в основном для образцов в крупнозернистом и литом состоянии. Известна также работа [6] в которой использована мегапластическая деформация применительно к высокоэнтропийному сплаву AlCrFeCoNiCu, но в ней рассмотрены только вопросы структурно-фазовых превращений в процессе деформационной обработки. Тогда как настоящий проект направлен на формирование ультрамелкозернистой структуры в высокоэнтропийном сплаве и исследованию закономерностей повышения его функциональных свойств. Вместе с тем многие высокоэнтропийные сплавы содержат Co в значительных концентрациях, что нежелательно для их применения в ядерных реакторах с точки зрения нейтронной активации и управления радиационными отходами. Поэтому недавно был развит новый однофазный сплав системы FeMnNiCr с заменой Co на Mn, который показал значительную стойкость к радиационным повреждениям [7]. Вследствие этого в настоящем проекте в качестве исходного материала для исследований будет использован высокоэнтропийный сплав FeNiMnCr, который способен демонстрировать повышенную радиационную стойкость [8]. При этом однофазный сплав FeMnNiCr демонстрирует невысокую прочность при повышенных температурах. Для повышения его прочностных свойств в настоящем проекте планируется сформировать в нем ультрамелкозернистую (УМЗ) структуру методами интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) и равноканального углового прессования (РКУП). Закономерности формирования УМЗ структуры будут исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, дифракции обратно рассеянных электронов и рентгеноструктурного анализа. Будут изучены термическая стабильность УМЗ структуры, прочность и коррозионные свойства после различных обработок. Полученные результаты будут использованы для анализа закономерностей повышения функциональных свойств в УМЗ состоянии. 1. Р.З.Валиев, А.П.Жиляев, Т.Дж.Лэнгдон. Объемные наноструктурные материалы: фундаментальные основы и применения. Санкт-Петербург: «Эко-Вектор». 2017. - 480 с. 2. P.Sathiyamoorthi, H.S.Kim. High-entropy alloys with heterogeneous microstructure: Processing and mechanical properties. Progress in Materials Science (2021) (in press). 3. D.B.Miracle, O.N.Senkov. A critical review of high entropy alloys and related concepts. Acta Materialia. 122 (2017) 448-511. 4. В.Е.Громов, С.В.Коновалов, Ю.Ф.Иванов, К.А.Осинцев, Ю.А.Рубанникова, О.А.Перегудов, А.П.Семин. Высокоэнтропийные сплавы. Новокузнецк. 2021 - 179с. 5. Д.Г.Шайсултанов. Структура и механические свойства высокоэнтропийных сплавов системы CoCrFeNiX (Х=Mn,V,Mn и V,Al и Cu). Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Белгород. 2015 – 142с. 6. М.В.Ивченко. Структура, фазовые превращения и свойства высокоэнтропийных эквиатомных металлических сплавов на основе AlCrFeCoNiCu. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Екатеринбург. 2015 – 167с. 7. N.A.P. Kiran Kumar, C. Li, K.J. Leonard, H. Bei, S.J. Zinkle. Microstructural stability and mechanical behavior of FeNiMnCr high entropy alloy under ion irradiation. Acta Materialia. 113 (2016) 230-244. 8. A.Hoffman, L.He, M.Luebbe, H.Pommerenke, J.Duan, P.Cao, K.Sridharan, Z.Lu, H.Wen. Effects of Al and Ti additions on irradiation behavior of FeMnNiCr multi-principal-element alloy. JOM. 72, 1 (2020) 150-159.