Structure and low-temperature micromechanical properties of as-cast and SPD-processed high-entropy Co25–xCr25Fe25Ni25Cx alloys

Анотація

Досліджено вплив домішок вуглецю на структуру та механічні властивості високоентропійних сплавів Co_25–xCr₂₅Fe₂₅Ni₂₅C_x (x = 0, 1, 3, ат.%) у двох структурних станах, литому крупнозернистому (КЗ) та нанокристалічному (НК), отриманому інтенсивною пластичною деформацією (ІПД) ІПД здійснювалася методом крутіння під високим тиском при кімнатній температурі. Механічні властивості досліджено методом мікроіндентування в інтервалі температур Т = 77–300 К. Доведено, що в литому стані всі сплави мають дендритну мікроструктуру та неоднорідний розподіл елементів. При х = 0 та х = 1 дендрити збагачені залізом і нікелем, а міждендритні зони — хромом. При х = 3 у міждендритних зонах формується евтектика, яка складається з багатокомпонентної матриці та тонкодисперсних евтектичних дендритів карбіду М₇С₃, де М — переважно хром. Основна фаза в сплавах має ГЦК ґратку, при цьому розчинність вуглецю в ній складає близько 1 ат.%. ІПД призводить до ефективного подрібнення мікроструктури (розмір зон когерентного розсіяння складає близько 30–50 нм), збільшення густини дислокацій до 1–1,5∙10¹⁵ м^–2 та зростання концентрації дефектів паку- вання. Мікротвердість КЗ сплавів при кімнатній температурі зі збільшенням концентрації вуглецю монотонно зростає, тоді як в НК сплавах максимум мікротвердості H_V досягається при 1 ат.% вуглецю. Причиною такої аномальної поведінки мікротвердості НК сплавів є збільшення розміру зерна та зменшення густини дислокацій в сплаві з x = 3 у порівнянні зі сплавом з x = 1. При зниженні температури від кімнатної до температури рідкого азоту мікротвердість КЗ та НК сплавів зростає приблизно в 1,5–1,7 та 1,2–1,5 рази відповідно, що свідчить про термоактивований характер пластичної деформації під індентором. Отримані результати вказують на те, що основну роль у зміцненні КЗ сплавів Co_25–xCr₂₅Fe₂₅Ni₂₅C_x грають твердорозчинне та дисперсійне зміцнення, тоді як в НК сплавах зміцнення обумовлено зменшенням розміру зерна (згідно зі співвідношенням Холла–Петча) та збільшенням густини дислокацій (згідно зі співвідношенням Тейлора).