Структурные преобразования при отжиге холоднодеформированного высокоэнтропийного сплава Al0,3CoCrFeNi

В работе рассматриваются особенности структурных преобразований при отжиге высокоэнтропийного сплава Al_0,3CoCrFeNi. Полученные методом аргонодуговой плавки слитки были подвергнуты холодной прокатке со степенью обжатия 50 %. Заготовки отжигались в печи в течение 4 часов при температурах 200, 400, 600, 800 и 1000 °C. Полученные по описанной методике образцы исследовали с использованием методов дифракции синхротронного рентгеновского излучения в режиме на просвет и дифракции обратно рассеянных электронов. Результаты свидетельствуют о том, что вплоть до температуры 600 °C структура сплавов представлена одной фазой с гранецентрированной кубической решеткой. При отжиге сплавов при температурах 800 и 1000 °C фазовый состав характеризуется наличием двух фаз: разупорядоченной фазы с гранецентрированной кубической решеткой и упорядоченной фазой с примитивной кубической решеткой. При температурах выше 800 °C отжиг сплавов сопровождается развитием рекристаллизационных процессов. Было выявлено, что после отжига при 800 °C относительная доля микрообъемов, характеризующихся межугловой разориентировкой более 10°, составила 20 %, а после отжига при 1000 °C – 65 %. Микротвердость исследуемых образцов повышается при росте температуры до 600 °C и снижается при дальнейшем росте температуры. Анализ ширины дифракционных максимумов с использованием методов профильного анализа дифрактограмм свидетельствует о росте искажений кристаллической решетки разупорядоченной фазы. Подобное поведение может быть связано с выделением наноразмерных включений в матрице основной фазы.

1. Yeh J.-W., Chen S.-K., Lin S.-J., Gan J.-Y., Chin T.-S., Shun T.-T., Tsau C.-H., Chang S.-Y. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes // Advanced Engineering Materials. 2004. Vol. 6. No. 5. P. 299–303. https://doi.org/10.1002/adem.200300567

2. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 375-377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257

3. Батаева З.Б., Руктуев А.А., Иванов И.В., Юргин А.Б., Батаев И.А. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. №. 2. С. 116–146. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2021-23.2-116-146

4. Gromov V.E., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Osintsev K.A. Structure and Properties of High-Entropy Alloys. Berlin: Springer, 2021. Vol. 107.

5. Huang T., Jiang H., Lu Y., Wang T., Li T. Effect of Sc and Y addition on the microstructure and properties of HCP-structured high-entropy alloys // Applied Physics A: Materials Science and Processing. 2019. Vol. 125. No. 3. Article 180. https://doi.org/10.1007/s00339-019-2484-1

6. Wang 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.2013.11.084

7. Osintsev K., Konovalov S., Gromov V., Panchenko I., Chen X. Phase composition prediction of Al-Co-Cr-Fe-Ni high entropy alloy system based on thermodynamic and electronic properties calculations // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 46. Part 2. P. 961–965. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.01.079

8. Osintsev K., Konovalov S., Gromov V., Panchenko I., Ivanov Y. Microstructural and mechanical characterisation of non-equiatomic Al2.1Co0.3Cr0.5FeNi2.1 high-entropy alloy fabricated via wire-arc additive manufacturing // Philosophical Magazine Letters. 2021. Vol. 101. No. 9. P. 353–359. https://doi.org/10.1080/09500839.2021.1936257

9. Osintsev K., Gromov V., Ivanov Y., Konovalov S., Panchenko I., Vorobyev S. Evolution of structure in AlCoCrFeNi high-entropy alloy irradiated by a pulsed electron beam // Metals. 2021. Vol. 11. No. 8. Article 1228. https://doi.org/10.3390/met11081228

10. Osintsev 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.2021.129717

11. Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Osintsev K.A. Effect of electron beam treatment on the structure and properties of AlCoCrFeNi high-entropy alloy // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 22. No. 2. P. 72–76. https://doi.org/10.17580/cisisr.2021.02.13

12. Tong C.-J., Chen M.-R., Chen S.-K., Yeh J.-W., Shun T.-T., Lin S.-J., Chang S.-Y. Mechanical performance of the AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements // Metallurgical and Materials Transactions A. 2005. Vol. 36. No. 5. P. 1263–1271. https://doi.org/10.1007/s11661-005-0218-9

13. Annasamy M., Haghdadi N., Taylor A., Hodgson P., Fabijanic D. Static recrystallization and grain growth behaviour of Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 754. P. 282–294. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.03.088

14. Shun T.-T., Du Y.-C. Microstructure and tensile behaviors of FCC Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 479. No. 1-2. P. 157–160. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.12.088

15. Yusenko 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.2017.12.216

16. Huang P.-K., Yeh J.-W., Shun T.-T., Chen S.-K. Multi-principal-ele­ment alloys with improved oxidation and wear resistance for thermal spray coating // Advanced Engineering Materials. 2004. Vol. 6. No. 1-2. P. 74–78. https://doi.org/10.1002/adem.200300507

17. Li Z., Zhao S., Diao H., Liaw P.K., Meyers M.A. High-velocity deformation of Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy: Remarkable resistance to shear failure // Scientific Reports. 2017. No. 7. Article 42742. https://doi.org/10.1038/srep42742

18. Zhu Z., Yang T., Shi R., Quan X., Zhang, J., Qiu R., Song B., Liu Q. The effects of annealing at different temperatures on microstructure and mechanical properties of cold-rolled Al0.3CoCrFeNi high-entropy alloy // Metals. 2021. Vol. 11. No. 6. Article 940. https://doi.org/10.3390/met11060940

19. Sourav A., Yebaji S., Thangaraju S. Structure-property relationships in hot forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 793. Article 139877. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139877

20. Tang Q.H., Huang Y., Huang Y.Y., Liao X.Z., Langdon T.G., Dai P.Q. Hardening of an Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy via high-pressure torsion and thermal annealing // Materials Letters. 2015. Vol. 151. P. 126–129. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.03.066

21. Tang Q.H., Huang Y., Cheng H., Liao X.Z., Langdon T.G., Dai P.Q. The effect of grain size on the annealing-induced phase transformation in an Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy // Materials and Design. 2016. Vol. 105. P. 381–385. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.05.079

22. Dong W., Zhou Z., Zhang L., Zhang M., Liaw P.K., Li G., Liu R. Effects of Y, GdCu, and Al addition on the thermoelectric behavior of CoCrFeNi high entropy alloys // Metals. 2018. Vol. 8. No. 10. Article 781. https://doi.org/10.3390/met8100781