Structure and mechanical properties of the refractory multicomponent alloys of the Ta-Ti-V-Zr-Al system

Abstract

Refractory high-entropy alloys of the Ta-Ti-V-Zr-Al system, in which the V and Ta contents were varied, were investigated. Criteria, based on the thermodynamic parameters of the binary alloys, melting temperatures of the components, geometric and electronic characteristics of atoms, were used to calculate the possible phase-structural state of the alloys; results were compared with experimental data. Microstructural studies showed the presence of a typical dendritic structure in as-cast alloys with an average grain size of 40 μm, which depends on the concentration of the constituent elements. The microhardness of the alloys was theoretically calculated and experimentally investigated. It was found that the microhardness calculation, based on the data of the valence electrons concentration, bulk modulus and shear modulus, allows to estimate satisfactorily the value of microhardness.

Було досліджено тугоплавкі високоентропійні сплави системи Ta-Ti-V-Zr-Al, в якій варіювався вміст V та Ta. Було запропоновано критерії на основі термодинамічних параметрів для бінарних сплавів, температур плавлення компонентів, геометричних та електронних характеристик атомів компонентів для розрахунку можливого фазово-структурного стану сплавів та проведено порівняння із експериментальними даними. Дослідження мікроструктури показали наявність типової дендритної структури в литих сплавах з середнім розміром зерна на рівні 40 мкм, що залежить від концентрації складових елементів. Теоретично розраховану мікротвердість сплавів підтверджено експериментально. Виявилось, що розрахунок мікротвердості на основі концентрації валентних електронів, а також її залежності від об’ємного модуля та модуля зсуву дозволяє зрозуміти порядок величин мікротвердості.

Были исследованы тугоплавкие высокоэнтропийные сплавы системы Ta-Ti-V-Zr-Al, в которой варьировалось содержание V и Ta. Предложены критерии на основе термодинамических параметров для бинарных сплавов, температур плавления компонентов, геометрических и электронных характеристик атомов компонентов для расчета возможного фазово-структурного состояния сплавов и сравнения с экспериментальными данными. Исследования микроструктуры показали наличие типичной дендритной структуры в литых сплавах со средним размером зерна на уровне 40 мкм, что зависит от концентрации составляющих элементов. Теоретически рассчитанная микротвердость сплавов была экспериментально подтверждена. Оказалось, что расчет микротвердости на основе концентрации валентных электронов, а также ее зависимости от объемного модуля и сдвига модуля позволяет понять порядок величин микротвердости.