Селективное лазерное спекание высокоэнтропийных сплавов системы Fe-Cr-Co-Ni-C c TWIP/TRIP эффектом

В последнее время перед учеными-металловедами ставятся задачи по разработке технологических процессов получения и обработки материалов, обладающих высоким комплексом механических и эксплуатационных свойств, в том числе при температурах ниже комнатной. Одно из перспективных направлений развития может быть связано с функционально-градиентными материалами, обладающими уникальными механическими, технологическими и специальными свойствами. На сегодняшний день существует множество стратегий формирования градиентной структуры в металлических материалах, начиная с традиционного литья или пластической деформации и заканчивая сравнительно новым направлением – аддитивными технологиями. Среди методов аддитивных технологий прямое лазерное выращивание (ПЛВ) имеет ряд преимуществ при производстве конструкционных и функциональных материалов по сравнению с традиционными методами обработки и даже селективным лазерным спеканием, поскольку позволяет производить градиентные материалы (ГМ) от толстых покрытий до объемных деталей, имеющих градиент не только по структуре, но и по химическому составу. Особый интерес вызывает получение методом ПЛВ высоко-/средне-энтропийных сплавов с градиентом по структуре и химическому составу, где, варьируя состав можно управлять структурой и свойствами. Например, в сплавах на основе системы Fe-Cr-Co-Ni-C в зависимости от содержания Fe можно получать простую аустенитную (ГЦК) или дуплексную ГЦК+ОЦК структуру, с разной стабильностью ГЦК фазы в ходе механического воздействия (что способствует развитию TRIP эффекта) (см. результаты Проекта 2020). Из-за склонности к TWIP/TRIP эффекту сплавы данной системы привлекательны хорошим комплексом механических, в том числе при криогенной температуре. Между тем, структура и механическое поведение сплавов после “традиционной” обработки (например, литье с последующей деформационно-термической обработкой) и после использования аддитивных технологий имеют существенные различия, что усложняет прогнозирование структуры, формирующейся при 3D печати, на основании данных, полученных “традиционным” методом, особенно для градиентных материалов. Кроме того, отсутствует информация о влиянии состава на градиентную структуру среднеэнтропийных сплавов, полученных методом ПЛВ. Следовательно, проблема получения новых средне- и высокоэнтропийных ГМ методами аддитивных технологий, остается на данный момент крайне актуальной. Целью настоящего проекта является получение и исследование новых ГМ на основе среднеэнтропийных сплавов системы Fe-Cr-Co-Ni-С с TWIP/TRIP эффектами с использованием метода ПЛВ. Будут определены оптимальные параметры ПЛВ для получения ГМ на основе сплавов указанной системы. Будет проведен подробный анализ влияния состава (содержания Fe) на структуру и механические свойства среднеэнтропийных сплавов системы Fe-Cr-Co-Ni-С, полученных методом ПЛВ. На основе полученных данных, будут предложены и экспериментально изготовлены несколько ГМ с различными комбинациями слоев. Будет подробно изучено механическое поведение полученных материалов. Также, будет определено влияние отжига на структуру и свойства среднеэнтропийных сплавов системы Fe-Cr-Co-Ni-С, полученных методом ПЛВ и предложены режимы постобработки ГМ из этих сплавов. Наконец, на основе полученных данных будут определены оптимальные композиции (последовательности слоев) ГМ и условия их обработки для получения оптимального комплекса свойств. Научная новизна проекта состоит в получении фундаментально нового знания о создании, обработке и получении ГМ, а также качественно нового понимания закономерностей формирования структуры и механических свойств ГМ на основе среднеэнтропийных сплавов системы Fe-Ni-Cr-Ni-С, демонстрирующих TWIP/TRIP эффекты.