Остання редакція: 2024-05-05
Тези доповіді
Високоентропійні сплави (ВЕС) являють собою унікальний клас металевих матеріалів, які номінально містять п’ять або більше елементів у майже еквіатомних пропорціях. Сплави з високою ентропією викликають значний інтерес в першу чергу тому, що висока конфігураційна ентропія в таких системах сплавів блокує утворення інтерметалевих та хімічних сполук. Що призводить до формування однофазної структури твердого розчину, або комбінації твердих розчинів.
Високоентропійні сплави структура, яких складається з одно або двофазного твердого розчину в яких кристалічна ґратка зазнає значної деформації можуть володіти новими, раніше недосяжними, комбінаціями властивостей. ВЕС можуть формувати багатофазні структури, що дозволяє оптимізувати їхні властивості для конкретних застосувань. Вони можуть мати високу міцність та витривалість при нормальних та екстремальних умовах, таких як високі температури, корозія та тертя. Деякі високоентропійні сплави проявляють велику стійкість до корозії, що робить їх привабливими для застосувань у середовищах з високою хімічною активністю [1].
Хром і алюміній суттєво сповільнюють окиснення сплавів на основі заліза внаслідок утворення високозахисних оксидних плівок, тому ці елементи широко використовують для легування сталей з метою підвищення їх жаростійкості [2].
В роботі досліджували жаростійкість вискоентропійних сплавів систем FeCrCuNiAl та FeCrCuNiMn які були виплавлені на повітрі індукційною плавкою з заливкою в кварцові трубки та методом лиття за моделями, що газифікуються.
Хімічний склад досліджених зразків ВЕС визначений на рентгенофлуоресцентному експрес-аналізаторі «EXPERT 3L» наведено в таблиці 1
Таблиця 1 – Хімічний склад зразків ВЕС, за даними РФА, вміст елементів вказано в мас. %
Відповідно до рентгенофазового аналізу фазовий склад зразків системи FeNiCrCuMn представлений комбінацією твердих розчинів з ГЦК ґраткою, а сплави системи FeCrCuNiAl комбінацією твердих розчинів з ОЦК та ГЦК ґратками. Після заливки сплавів в обох системах утворюється дендритна структура.
Дослідження окалиностійкості високоентропійних сплавів проводили по методиці згідно ГОСТ 6130-71 «Методи визначення жаростійкості», фіксуючи відношення зміни ваги зразка до площі його поверхні (мг/см2).
Для дослідження окалиностійкості використовували прилад синхронного термічного аналізу STA 449 Jupiter F1, зразки нагрівали з максимально можливою швидкістю 50 град./хв до 900 °С та 1000 °. Після нагріву, зразок піддавали ізотермічній витримці протягом 4 годин.
Результати дослідження представлені у вигляді діаграм на рисунку 1.
Рис. 1 – Питоме окиснення зразків після витримки 4 години в атмосфері штучного повітря при температурах (а) 900 °С та (б) 1000 °С.
Одержані результати свідчать, що високоентропійні сплави системи FeCrCuNiAl є жаростійкими і за показниками жаростійкості (інтенсивність окиснення поверхні та робоча температура) можуть значно перевищувати жаростійкі аустенітні сталі. Встановлено, що заміна в Mn в багатокомпонентній системі ВЕС на Al сприяє підвищенню опору високотемпературному окисленню, вірогідно за рахунок утворення на поверхні Al2O3. Хром як і в сплавах на основі заліза та нікелю, загалом позитивно впливає на жаростійкість ВЕС, а його вміст на рівні 18 мас. % надає їм тривалу стійкість від окислення за температури 1000 °С.
Перелік посилань
- Qiu, Y., Thomas, S., Gibson, M.A. et al. Corrosion of high entropy alloys. // npj Mater Degrad. – 2017. – 1(15), P. 1-18. https://doi.org/10.1038/s41529-017-0009-y
- Wang F.J., Zhang Y., Chen G.L., Cooling rate and size effect on the microstructure and mechanical properties of AlCoCrFeNi high entropy alloy // J. Eng. Mater. Technol. – 2009. – V. 3. – Р. 034501.