Формирование состава дендритов в литых многокомпонентных высокоэнтропийных однофазных сплавах с ОЦК кристалической решеткой

Abstract

Методами структурного анализа — рентгенофазового, растровой электронной микроскопии, локальной Оже-электронной спектроскопии, электронно-зондового рентгеновского микроанализа, а также механических испытаний — низко-(20 °С) и высокотемпературного (20—1000 °С) кратковременного (1 мин) и длительного (60 мин) индентирования, высокотемпературного испытания на одноосное сжатие и растяжение изучено распределение элементов в литых многокомпонентных однофазных высокоэнтропийных сплавах (ВЭС) с ОЦК кристаллической решеткой и определены их механические свойства. На изученных сплавах показано, что однофазные твердые растворы замещения с ОЦК кристаллической решеткой образуются при вариации составов литых эквиатомных ВЭС, позволяющей изменять электронную концентрацию в пределах 4,6—7,2 эл/ат. Для исследованных ОЦК ВЭС характерна дендритная ликвация: оси дендритов обогащены ОЦК металлами с наивысшей температурой плавления в сплаве. В то же время междендритные области содержат в наибольшем количестве менее тугоплавкие металлы. Параметр кристаллической решетки ОЦК фазы в однофазных ВЭС наиболее близок к параметру решетки того ОЦК металла в сплаве, у которого наивысшая температура плавления. Относительное отличие находится в пределах 0—0,8%. Метод локальной Оже-электронной спектроскопии (диаметр пятна анализи¬руемой поверхности составлял 8—10 нм) позволяет наиболее отчетливо анализировать дендритную ликвацию. Метод рентгеноспектрального микроанализа (исследуемый объем сплава составлял ~ЗхЗ мкм) "усредняет" определяемые концентрации элементов сплава, приближая их значения к шихтовым эквиатомным. Изученные ВЭС имеют повышенные механические характеристики при высоких температурах.

Методами структурного аналізу — рентгенофазового, растрової електронної мікроскопії, Оже-електронної спектроскопії, электронно-зондового рентгенівського мікроаналізу; а також механічних випробувань — низько- (20 °С) та високотемпературного (20—1000 °С) короткочасного (1 хв) та подовженого (60 хв) індентування, високотемпературного випробування на одновісний стиск та розтяг вивчено розподіл елементів в литих багатокомпонентних однофазних високоентропійних сплавах (ВЕС) з ОЦК кристалічною граткою та визначено їх механічні властивості. На вивчених сплавах показано, що однофазні тверді розчини заміщення з ОЦК кристалічною граткою утворюються при варіюванні складів литих еквіатомних ВЕС, яке дозволяє змінювати електронну концентрацію в межах 4,60—7,20 ел/am. Для досліджених ОЦК ВЕС характерна дендритна ліквація: осі дендритів збагачені ОЦК металами з найбільшою температурою плавлення в сплаві. В той же час міждендритні області вміщують у найбільшій кількості менш тугоплавкі метали. Параметр кристалічної гратки ОЦК фази в однофазних ВЕС найбільш близький до параметра гратки того ОЦК металу в сплаві, у якого найбільша температура плавлення. Відносна різниця знаходиться в межах 0—0,8%. Метод локальної Оже-електронної спектроскопії (діаметр поверхні, що аналізується, складає 8—10 нм) дозволяє найбільш чітко аналізувати дендритну ліквацію. Метод рентгеноспектрального мікроаналізу (досліджена площа сплаву дорівнює ~ЗхЗ мкм) "усереднює" концентрації елементів сплаву, що визначаються, наближаючи їх значення до шихтових еквіатомних. Вивчені ВЕС мають підвищені механічні характеристики при високих температурах.

By methods of the structural analysis —X-ray phase, a raster electronic microscopy, local Auger-electron spectroscopy, electron-ray X-ray microanalysis; and also mechanical tests — low-temperature (20 °С) and high-temperature (20—1000 °С) short-term (1 minute) and long (60 mines) indentations, high-temperature test for uniaxial compression and extension the distribution of elements in cast multicomponent monophase high-entropy alloys (HEAs) with BCC crystal lattice are studied and their mechanical properties are defined. On the studied alloys it is shown that monophase substitutional solid solution with BCC crystal lattice are formed at a variation for compositions of cast equiatomic HEAs, allowing to change electron concentration within 4,60—7,20 el/atom. For investigated BCC-HEYs the dendrite segregation is characteristic: axes of dendrites are enriched by BCC-metals with the highest melting temperature in an alloy. At the same time interdendritic areas contain in the greatest quantity less refractory metals. The parametre of a crystal lattice of the BCC-phase in monophase HEYs is closest to lattice parametre of BCC-metal in an alloy with highest melting temperature. Relative difference is in limits of O—0,8%. The method of local Auger-electron spectroscopy (diameter of a stain of an analysed surface made 8— 10 nanometers) allows to analyse a dendrite segregation most distinctly. The method X-ray microanalysis (the investigated volume of an alloy made ~3x3 micron) "averages" defined concentration of elements in an alloy, approaching their values to burdening equiatomic. Studied HEYs have the raised values of mechanical characteristics at high temperatures.