blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-10-736-746blackmet-2191Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEСтруктура высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi после деформации по схеме одноосного сжатия и термической обработкиStructure of AlCoCrFeNi high-entropy alloy after uniaxial compression and heat treatmenthttps://orcid.org/0000-0001-5021-0098ИвановИ. В.IvanovI. V.

Иванов Иван Владимирович - младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов.

630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

Ivan V. Ivanov - Junior Researcher of the Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials, Novosibirsk State Technical University.

20 K. Marksa Ave., Novosibirsk 630073.

i.ivanov@corp.nstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1114-6799ЭмурлаевК. И.EmurlaevK. I.

Эмурлаев Кемал Исметович - младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов.

630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

Kemal I. Emurlaev - Junior Researcher of the Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials, Novosibirsk State Technical University.

20 K. Marksa Ave., Novosibirsk 630073.

emurlaev@corp.nstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1325-1533РуктуевА. А.RuktuevA. A.

Руктуев Алексей Александрович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов.

630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

Aleksei A. Ruktuev - Cand. Sci (Eng.), Senior Researcher of the Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials, Novosibirsk State Technical University.

20 K. Marksa Ave., Novosibirsk 630073.

ruktuev@corp.nstu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4757-424XТюринА. Г.TyurinA. G.

Тюрин Андрей Геннадьевич – кандидат технических наук, декан механико-технологического факультета.

630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

Andrei G. Tyurin - Cand. Sci (Eng.), Dean of the Faculty of Mechanics and Technology, Novosibirsk State Technical University.

20 K. Marksa Ave., Novosibirsk 630073.

a.tyurin@corp.nstu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2871-0269БатаевИ. А.BataevI. A.

Батаев Иван Анатольевич – доктор технических наук, заведующий научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов.

630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

Ivan A. Bataev - Dr. Sci. (Eng.), Head of the Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials, Novosibirsk State Technical University.

20 K. Marksa Ave., Novosibirsk 630073.

i.bataev@corp.nstu.ruНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation2021241120216410736746Copyright © Иванов И.В., Эмурлаев К.И., Руктуев А.А., Тюрин А.Г., Батаев И.А., 20212021Иванов И.В., Эмурлаев К.И., Руктуев А.А., Тюрин А.Г., Батаев И.А.Ivanov I.V., Emurlaev K.I., Ruktuev A.A., Tyurin A.G., Bataev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2191

Изучены структура и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi после литья, деформации в холодном состоянии и термической обработки. Слитки исследуемых сплавов получены методом аргонодугового переплава. С целью обеспечения гомогенного химического состава по объему слитка осуществлялся его восьмикратный переплав. Для проведения механических испытаний из слитков электроискровым методом вырезали цилиндрические образцы диаметром 5 мм и высотой 8 мм. В дальнейшем образцы подвергались одноосному сжатию на 5, 11 и 23 %. В ходе испытаний регистрировали кривые сжатия, на основании которых рассчитывали предел пропорциональности анализируемых сплавов. Согласно полученным результатам для сплава AlCoCrFeNi после литья характерно высокое (1262 ± 68 МПа) значение предела пропорциональности. Высокотемпературный отжиг и термические исследования проводили с использованием термогравиметрического анализатора. Термические исследования проводили в циклическом режиме (3 цикла, включающих нагрев до 1200 °C со скоростью 20 °C/мин) и охлаждение со скоростью 20 °C/мин). Высокотемпературный отжиг проводили при температуре 1200 °C в течение 5 ч. Выявлено, что высокотемпературный отжиг литых сплавов способствует гомогенизации материала и устраняет дендритные построения. Для исследуемого сплава характерна ограниченная пластичность, а межзеренные границы являются эффективными барьерами, препятствующими распространению трещин. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что пластическая деформация оказывает существенное влияние на характер развития релаксационных процессов при термической обработке деформированного материала. Повышение степени деформации материала сопровождается ускорением процессов залечивания дефектов кристаллического строения.

In this study, we discuss the structure and properties of high-entropy AlCoCrFeNi alloy after casting, cold deformation, and heat treatment. Ingots of the investigated alloys were obtained by arc melting method in argon atmosphere. In order to ensure a homogeneous chemical composition, ingots were remelted several times. Cylindrical samples of 5 mm in diameter and 8 mm in height were cut from ingots by electrospark method for mechanical tests. Subsequently, samples were subjected to uniaxial compression by 5, 11, and 23 %. During the tests, compression curves were recorded, and limit of proportionality of the analyzed alloys was calculated. High-temperature annealing and thermal studies were performed using thermogravimetric analyzer. Thermal studies were carried out in a cyclic mode (3 cycles, including heating up to 1200 °C at a rate of 20 °C/min and cooling at a rate of 20 °C/min). High-temperature annealing was carried out at a temperature of 1200 °C for 5 hours. Such annealing of cast alloys promotes material homogenization and eliminates dendritic structure. The alloy presents limited plasticity. Grain boundaries are effective barriers preventing crack propagation. The studies indicate that plastic deformation has a significant effect on development of relaxation processes during subsequent heat treatment. An increase in strain during the compression leads to a higher rate of healing processes of defects in crystal structure.

высокоэнтропийные сплавыпластическая деформацияотжигзалечивание дефектовтермический анализмикротвердостьhigh-entropy alloysplastic deformationannealingdefect healingthermal analysismicrohardnessИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского Научного Фонда в рамках проекта № 20-73-10215 «In-situ исследование эволюции дислокационной структуры пластически деформированных высокоэнтропийных сплавов в условиях действия высоких давлений и температур с применением синхротронного излучения».The work was supported within the Russian Science Foundation research project No. 20-73-10215 “In-situ study of the evolution of dislocation structure of plastically deformed high-entropy alloys under high-pressures and temperatures using synchrotron radiation”.ReferencesDai J.H., Li W., Song Y., Vitos L. Theoretical investigation of the phase stability and elastic properties of TiZrHfNb-based high entropy alloys // Materials and Design. 2019. Vol. 182. Article 108033. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108033Dai J.H., Li W., Song Y., Vitos L. Theoretical investigation of the phase stability and elastic properties of TiZrHfNb-based high entropy alloys. Materials and Design. 2019, vol. 182, article 108033. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108033Zhang Y. High-Entropy Materials. A Brief Introduction. Springer, 2019. 159 p.Zhang Y. High-Entropy Materials. A Brief Introduction. Springer, 2019, 159 p.Feuerbacher M., Heidelmann M., Thomas C. Plastic deformation properties of Zr - Nb - Ti - Ta - Hf high-entropy alloys // Philosophical Magazine. Taylor and Francis. 2015. Vol. 95. No. 11. P. 1222-1233. https://doi.org/10.1080/14786435.2015.1028506Feuerbacher M., Heidelmann M., Thomas C. Plastic deformation properties of Zr - Nb - Ti - Ta - Hf high-entropy alloys. Philosophical Magazine. Taylor and Francis. 2015, vol. 95, no. 11, pp. 1222-1233. https://doi.org/10.1080/14786435.2015.1028506Ahmad A.S., Su Y., Liu S.Y., Stahl K., Wu Y.D., Hui X.D., Ru-ett U., Gutowski O, Glazyrin K., Liermann H.P., Franz H., Wang H., Wang D., Cao Q.P., Zhang D.X., Jiang J.Z. Structural stability of high entropy alloys under pressure and temperature // Journal of Applied Physics. 2017. Vol. 121. No. 23. Article 235901. https://doi.org/10.1063/1.4984796Ahmad A.S., Su Y., Liu S.Y., Stahl K., Wu Y.D., Hui X.D., Ru-ett U., Gutowski O, Glazyrin K., Liermann H.P., Franz H., Wang H., Wang D., Cao Q.P., Zhang D.X., Jiang J.Z. Structural stability of high entropy alloys under pressure and temperature. Journal of Applied Physics. 2017, vol. 121, no. 23, article 235901. https://doi.org/10.1063/1.4984796Yu P.F., Zhang L.J., Ning J.L., Ma M.Z., Zhang X.Y., Li Y.C., Liaw P.K., Li G., Liu R.P. Pressure-induced phase transitions in HoDyYGdTb high-entropy alloy // Materials Letters. 2017. Vol. 196. P. 137-140. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.02.136Yu P.F., Zhang L.J., Ning J.L., Ma M.Z., Zhang X.Y., Li Y.C., Liaw P.K., Li G., Liu R.P. Pressure-induced phase transitions in HoDyYGdTb high-entropy alloy. Materials Letters. 2017, vol. 196, pp. 137-140. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.02.136Dong W., Zhou Z., Zhang M., Ma Y., Yu P., Liaw P.K., Li G. Applications of high-pressure technology for high-entropy alloys: A review // Metals. 2019. Vol. 9. No. 8. Article 867. https://doi.org/10.3390/met9080867Dong W., Zhou Z., Zhang M., Ma Y., Yu P., Liaw P.K., Li G. Applications of high-pressure technology for high-entropy alloys: A review. Metals. 2019, vol. 9, no. 8, article 867. https://doi.org/10.3390/met9080867Yusenko K.V., Riva S., Crichton W.A., Spektor K., Bykova E., Pakhomova A., Tudball A., Kupenko I., Rohrbach A., Klemme S., Mazzali F., Margadonna S., Lavery N.P., Brown S.G.R. High-pressure high-temperature tailoring of High Entropy Alloys for extreme environments // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 738. P. 491-500. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.216Yusenko K.V., Riva S., Crichton W.A., Spektor K., Bykova E., Pakhomova A., Tudball A., Kupenko I., Rohrbach A., Klemme S., Mazzali F., Margadonna S., Lavery N.P., Brown S.G.R. High-pressure high-temperature tailoring of High Entropy Alloys for extreme environments. Journal of Alloys and Compounds. 2018, vol. 738, pp. 491-500. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.216Zhang F.X., Zhao S., Jin K., Bei H., Popov D., Park C., Neue-feind J.C., Weber W.J., Zhang Y. Pressure-induced FCC to HCP phase transition in Ni-based high entropy solid solution alloys // Applied Physics Letters. 2017. Vol. 110. No. 1. Article 011902. https://doi.org/10.1063/1.4973627Zhang F.X., Zhao S., Jin K., Bei H., Popov D., Park C., Neue-feind J.C., Weber W.J., Zhang Y. Pressure-induced FCC to HCP phase transition in Ni-based high entropy solid solution alloys. Applied Physics Letters. 2017, vol. 110, no. 1, article 011902. https://doi.org/10.1063/1.4973627Chen J., Li L., Weidner D., Vaughan M. Deformation experiments using synchrotron X-rays: In situ stress and strain measurements at high pressure and temperature // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2004. Vol. 143-144. P. 347-356. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.09.021Chen J., Li L., Weidner D., Vaughan M. Deformation experiments using synchrotron X-rays: In situ stress and strain measurements at high pressure and temperature. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2004, vol. 143-144, pp. 347-356. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.09.021Иванов Ю.Ф., Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Панченко И.А. Деформационное поведение высокоэнтропийного сплава системы Al - Co - Cr - Fe - Ni, изготовленного методом проволочно-дугового аддитивного производства // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 1. С. 68-74. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-68-74Ivanov Yu. F., Osintsev K.A., Gromov V.E., Konovalov S.V., Panchenko I.A. Deformation behavior of high-entropy alloy system Al - Co - Cr - Fe - Ni, achieved by wire-arc additive manufacturing. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021, vol. 64, no. 1, pp. 68-74. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-68-74Osintsev K.A., Konovalov S.V., Glezer A.M., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Panchenko I.A., Sundeev R.V. Research on the structure of Al2.1Co0.3Cr0.5FeNi2.1 high-entropy alloy at submicro- and nanoscale levels // Materials Letters. 2021. Vol. 294. Article 129717. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129717Osintsev K.A., Konovalov S.V., Glezer A.M., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Panchenko I.A., Sundeev R.V. Research on the structure of Al2.1Co0.3Cr0.5FeNi2.1 high-entropy alloy at submicro- and nano-scale levels. Materials Letters. 2021, vol. 294, article 129717. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129717Wang W.R., Wang W.-L., Wang S.-C., Tsai Y.-C., Lai C.-H., Yeh J.-W. Effects of Al addition on the microstructure and mechanical property of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys // Intermetallics. 2012. Vol. 26. P. 44-51. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.03.005Wang W.R., Wang W.-L., Wang S.-C., Tsai Y.-C., Lai C.-H., Yeh J.-W. Effects of Al addition on the microstructure and mechanical property of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys. Intermetallics. 2012, vol. 26, pp. 44-51. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2012.03.005Wang W.R., Wang W.L., Yeh J.W. Phases, microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys at elevated temperatures // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 589. P. 143-152. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.11.084Wang W.R., Wang W.L., Yeh J.W. Phases, microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys at elevated temperatures. Journal of Alloys and Compounds. 2014, vol. 589, pp. 143-152. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.11.084Ma Y., Jiang B., Li C., Wang Q., Dong C., Liaw P.K., Xu F., Sun L. The BCC/B2 morphologies in AlxNiCoFeCr high-entropy alloys // Metals. 2017. Vol. 7. No. 2. Article 57. https://doi.org/10.3390/met7020057Ma Y., Jiang B., Li C., Wang Q., Dong C., Liaw P.K., Xu F., Sun L. The BCC/B2 morphologies in AlxNiCoFeCr high-entropy alloys. Metals. 2017, vol. 7, no. 2, article 57. https://doi.org/10.3390/met7020057Feuerbacher M. Dislocations and deformation microstructure in a B2-ordered Al28Co20Cr11Fe15Ni26 high-entropy alloy // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. No. 1. Article 29700. https://doi.org/10.1038/srep29700Feuerbacher M. Dislocations and deformation microstructure in a B2-ordered Al28Co20Cr11Fe15Ni26 high-entropy alloy. Scientific Reports. 2016, vol. 6, no. 1, article 29700. https://doi.org/10.1038/srep29700Muralikrishna G.M., Esther A.C.M., Guruvidyathri K., Watermeyer P., Liebscher C., Kulkarni K., Wilde G., Divinski S.V., Murty B.S. Novel multicomponent B2-ordered aluminides: Compositional design, synthesis, characterization and thermal stability // Metals. 2020. Vol. 10. No. 11. Article 1411. https://doi.org/10.3390/met10111411Muralikrishna G.M., Esther A.C.M., Guruvidyathri K., Watermeyer P., Liebscher C., Kulkarni K., Wilde G., Divinski S.V., Murty B.S. Novel multicomponent B2-ordered aluminides: Compositional design, synthesis, characterization and thermal stability. Metals. 2020, vol. 10, no. 11, article 1411. https://doi.org/10.3390/met10111411Nevskii S., Sarychev V., Konovalov S., Granovskii A., Gromov V. Formation mechanism of micro- and nanocrystalline surface layers in titanium and aluminum alloys in electron beam irradiation // Metals. 2020. Vol. 10. No. 10. Article 1399. https://doi.org/10.3390/met10101399Nevskii S., Sarychev V., Konovalov S., Granovskii A., Gromov V. Formation mechanism of micro- and nanocrystalline surface layers in titanium and aluminum alloys in electron beam irradiation. Metals. 2020, vol. 10, no. 10, article 1399. https://doi.org/10.3390/met10101399Rohila S., Mane R.B., Naskar S., Panigrahi B.B. Viscous flow assisted sintering of AlCoCrFeNi high entropy alloy powder // Materials Letters. 2019. Vol. 256. Article 126668. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.126668Rohila S., Mane R.B., Naskar S., Panigrahi B.B. Viscous flow assisted sintering of AlCoCrFeNi high entropy alloy powder. Materials Letters. 2019, vol. 256, article 126668. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.126668Li D.Y., Zhang Y. The ultrahigh charpy impact toughness of forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys at room and cryogenic temperatures // Intermetallics. 2016. Vol. 70. P. 24-28. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2015.11.002Li D.Y., Zhang Y. The ultrahigh charpy impact toughness of forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys at room and cryogenic temperatures. Intermetallics. 2016, vol. 70, pp. 24-28. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2015.11.002Tang Z, Gao M.C., Diao H., Yang T., Liu J., Zuo T., Zhang Y., Lu Z., Cheng Y., Zhang Y., Dahmen K.A., Liaw P.K., Egami T. Aluminum alloying effects on lattice types, microstructures, and mechanical behavior of high-entropy alloys systems // JOM. 2013. Vol. 65. No. 12. P. 1848-1858. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0776-zTang Z, Gao M.C., Diao H., Yang T., Liu J., Zuo T., Zhang Y., Lu Z., Cheng Y., Zhang Y., Dahmen K.A., Liaw P.K., Egami T. Aluminum alloying effects on lattice types, microstructures, and mechanical behavior of high-entropy alloys systems. JOM. 2013, vol. 65, no. 12, pp. 1848-1858. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0776-zZhu J.M., Fu H.M., Zhang H.F., Wang A.M., Li H., Hu Z.Q. Microstructure and compressive properties of multiprincipal component AlCoCrFeNiCx alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509. No. 8. P. 3476-3480. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.10.047Zhu J.M., Fu H.M., Zhang H.F., Wang A.M., Li H., Hu Z.Q. Microstructure and compressive properties of multiprincipal component AlCoCrFeNiCx alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2011, vol. 509, no. 8, pp. 3476-3480. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.10.047Wang Y.P., Li B.S., Ren M.X., Yang C., Fu H.Z. Microstructure and compressive properties of AlCrFeCoNi high entropy alloy // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 491. No. 1-2. P. 154-158. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.064Wang Y.P., Li B.S., Ren M.X., Yang C., Fu H.Z. Microstructure and compressive properties of AlCrFeCoNi high entropy alloy. Materials Science and Engineering: A. 2008, vol. 491, no. 1-2, pp. 154-158. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.064

The authors declare that there are no conflicts of interest present.