CoCrFeNi əla çevikliyə, lakin məhdud gücə malik, yaxşı öyrənilmiş üz mərkəzli kub (fcc) yüksək entropiyalı ərintidir (HEA). Bu tədqiqatın əsas məqsədi qövs ərimə metodundan istifadə edərək müxtəlif miqdarda SiC əlavə etməklə bu cür HEA-ların möhkəmlik və çeviklik balansının yaxşılaşdırılmasıdır. Müəyyən edilmişdir ki, əsas HEA-da xromun olması ərimə zamanı SiC-nin parçalanmasına səbəb olur. Beləliklə, sərbəst karbonun xromla qarşılıqlı təsiri xrom karbidlərinin yerində əmələ gəlməsinə səbəb olur, sərbəst silisium isə əsas HEA-da məhlulda qalır və/yaxud əsas HEA-nı təşkil edən elementlərlə qarşılıqlı əlaqədə olur və silisidlər əmələ gətirir. SiC tərkibi artdıqca mikrostruktur fazası aşağıdakı ardıcıllıqla dəyişir: fcc → fcc + evtektik → fcc + xrom karbid lopaları → fcc + xrom karbid lopaları + silisidlər → fcc + xrom karbid lopaları + silisidlər + qrafit topları / qrafit lopaları. Yaranan kompozitlər adi ərintilər və yüksək entropiyalı ərintilərlə müqayisədə çox geniş mexaniki xassələri nümayiş etdirir (60%-dən çox uzanma zamanı 277 MPa-dan 6% uzanma zamanı 2522 MPa-a qədər məhsuldarlıq). Hazırlanmış yüksək entropiyalı kompozitlərdən bəziləri mexaniki xassələrin əla kombinasiyasını göstərir (məhsuldarlıq 1200 MPa, uzanma 37%) və məhsuldarlıq gərginliyi-uzamaq diaqramında əvvəllər əlçatmaz olan bölgələri tutur. Diqqətəlayiq uzanma ilə yanaşı, HEA kompozitlərinin sərtliyi və axma gücü toplu metal şüşələrlə eyni diapazondadır. Buna görə də yüksək entropiyalı kompozitlərin inkişafının qabaqcıl struktur tətbiqləri üçün mexaniki xüsusiyyətlərin əla birləşməsinə nail olmağa kömək edə biləcəyinə inanılır.
Yüksək entropiyalı ərintilərin inkişafı metallurgiyada perspektivli yeni konsepsiyadır1,2. Yüksək entropiya ərintiləri (HEA) bir sıra hallarda yüksək istilik sabitliyi3,4 superplastik uzanma5,6 yorğunluğa qarşı müqavimət7,8 korroziyaya davamlı9,10,11, əla aşınma müqaviməti12,13,14 daxil olmaqla, fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərin əla birləşməsini göstərmişdir. ,15 və triboloji xassələri15 ,16,17 hətta yüksək temperaturda18,19,20,21,22 və mexaniki xassələri aşağı temperaturlar23,24,25. HEA-da mexaniki xassələrin əla birləşməsi adətən dörd əsas təsirə, yəni yüksək konfiqurasiya entropiyasına26, güclü qəfəs təhrifinə27, yavaş diffuziyaya28 və kokteyl effektinə29 aid edilir. HEA adətən FCC, BCC və HCP növləri kimi təsnif edilir. FCC HEA adətən Co, Cr, Fe, Ni və Mn kimi keçid elementlərini ehtiva edir və əla çeviklik nümayiş etdirir (hətta aşağı temperaturda25), lakin aşağı gücə malikdir. BCC HEA adətən W, Mo, Nb, Ta, Ti və V kimi yüksək sıxlıqlı elementlərdən ibarətdir və çox yüksək möhkəmliyə, lakin aşağı çevikliyə və aşağı xüsusi gücə malikdir30.
Mexanik xassələrin ən yaxşı birləşməsini əldə etmək üçün emal, termomexaniki emal və elementlərin əlavə edilməsi əsasında HEA-nın mikrostruktur modifikasiyası tədqiq edilmişdir. CoCrFeMnNi FCC HEA yüksək təzyiqli burulma nəticəsində ciddi plastik deformasiyaya məruz qalır ki, bu da sərtliyin (520 HV) və gücün (1950 MPa) əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur, lakin nanokristal mikrostrukturun inkişafı (~50 nm) ərintini kövrək edir31 . Müəyyən edilmişdir ki, CoCrFeMnNi HEA-lara qoşalaşma çevikliyi (TWIP) və transformasiya ilə bağlı plastikliyin (TRIP) daxil edilməsi, faktiki dartılma müqaviməti qiymətləri hesabına olsa da, yüksək dartılma çevikliyi ilə nəticələnən yaxşı işləmə qabiliyyətini təmin edir. Aşağıda (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEA-da ştamplama üsulu ilə laylı mikrostrukturun (nazik deformasiya olunmuş təbəqədən və deformasiya olunmamış nüvədən ibarət) formalaşması gücün artması ilə nəticələndi, lakin bu təkmilləşmə təxminən 700 MPa33 ilə məhdudlaşdı. Güc və çevikliyin ən yaxşı birləşməsinə malik materialların axtarışında, izoatomik olmayan elementlərin əlavələrindən istifadə etməklə çoxfazalı HEA-ların və evtektik HEA-ların inkişafı da tədqiq edilmişdir34,35,36,37,38,39,40,41. Həqiqətən də müəyyən edilmişdir ki, evtektik yüksək entropiyaya malik ərintilərdə sərt və yumşaq fazaların daha incə paylanması güc və çevikliyin nisbətən yaxşı birləşməsinə səbəb ola bilər35,38,42,43.
CoCrFeNi sistemi geniş şəkildə öyrənilmiş birfazalı FCC yüksək entropiyalı ərintidir. Bu sistem həm aşağı, həm də yüksək temperaturda sürətli işləmə xüsusiyyətləri44 və əla çeviklik45,46 nümayiş etdirir. Nisbətən aşağı möhkəmliyini (~300 MPa)47,48 yaxşılaşdırmaq üçün müxtəlif cəhdlər edilmişdir, o cümlədən taxıl təmizliyi25, heterojen mikrostruktur49, yağıntı50,51,52 və transformasiya ilə bağlı plastisiya (TRIP)53. Ağır şəraitdə soyuq çəkmə yolu ilə tökmə üz mərkəzli kub HEA CoCrFeNi-nin taxıl zərifliyi gücü təxminən 300 MPa47,48-dən 1,2 GPa25-ə qədər artırır, lakin elastiklik itkisini 60%-dən 12,6%-ə qədər azaldır. CoCrFeNi-nin HEA-ya Al-ın əlavə edilməsi onun məhsuldarlığını 786 MPa-a və nisbi uzanmasını təxminən 22%-ə çatdıran heterojen mikrostrukturun əmələ gəlməsi ilə nəticələndi49. CoCrFeNi HEA çöküntülər yaratmaq üçün Ti və Al ilə əlavə edildi və beləliklə, yağıntının gücləndirilməsi əmələ gəldi, onun məhsuldarlığını 645 MPa-a və uzanmasını 39% -ə qədər artırdı51. TRIP mexanizmi (üz mərkəzli kub → heksahedral martensitik transformasiya) və twinning CoCrFeNi HEA-nın dartılma dayanımını 841 MPa-a və uzanma zamanı 76%53-ə qədər artırdı.
Güc və çevikliyin daha yaxşı birləşməsini nümayiş etdirə bilən yüksək entropiyalı kompozitlər hazırlamaq üçün HEA üz mərkəzli kubik matrisə keramika möhkəmləndirilməsi əlavə etmək cəhdləri də edilmişdir. Yüksək entropiyaya malik kompozitlər vakuum qövslə əritmə44, mexaniki ərintiləmə45,46,47,48,52,53, qığılcım plazma sinterləmə46,51,52, vakuumda isti presləmə45, isti izostatik presləmə47,48 və aşqarların istehsalı proseslərinin inkişafı43, 50. WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 və Y2O351 kimi karbidlər, oksidlər və nitridlər HEA kompozitlərinin hazırlanmasında keramika möhkəmləndirilməsi kimi istifadə edilmişdir. Sağlam HEA matrisinin və keramikanın seçilməsi güclü və davamlı HEA kompozitinin layihələndirilməsi və hazırlanması zamanı xüsusilə vacibdir. Bu işdə matris materialı kimi CoCrFeNi seçilmişdir. CoCrFeNi HEA-ya müxtəlif miqdarda SiC əlavə edilmiş və onların mikrostruktur, faza tərkibi və mexaniki xassələrə təsiri öyrənilmişdir.
HEA kompozitlərinin yaradılması üçün xammal kimi elementar hissəciklər şəklində yüksək təmizlikli Co, Cr, Fe və Ni metalları (99,95 ağırlıq %) və SiC tozu (təmizlik 99%, ölçüsü -400 mesh) istifadə edilmişdir. CoCrFeNi HEA-nın izoatomik tərkibi əvvəlcə yarımkürə şəklində su ilə soyudulmuş mis qəlibə yerləşdirildi və sonra kamera 3·10-5 mbar-a qədər boşaldıldı. İstehlak olunmayan volfram elektrodları ilə qövs əriməsi üçün tələb olunan vakuuma nail olmaq üçün yüksək təmizlikli arqon qazı təqdim edilir. Yaranan külçələr yaxşı homojenliyi təmin etmək üçün beş dəfə çevrilir və yenidən əridilir. Yaranan ekviatomik CoCrFeNi düymələrinə müəyyən miqdarda SiC əlavə edilməklə müxtəlif tərkibli yüksək entropiyaya malik kompozitlər hazırlanmış, hər bir halda beş dəfə inversiya və yenidən ərimə yolu ilə yenidən homogenləşdirilmişdir. Yaranan kompozitdən qəliblənmiş düymə sonrakı sınaq və xarakteristika üçün EDM istifadə edərək kəsildi. Mikrostruktur tədqiqatları üçün nümunələr standart metalloqrafik üsullarla hazırlanmışdır. Əvvəlcə nümunələr kəmiyyət faza analizi üçün Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) proqram təminatı ilə işıq mikroskopundan (Leica Microscope DM6M) istifadə edilərək araşdırıldı. Faza təhlili üçün ümumi sahəsi təxminən 27.000 µm2 olan müxtəlif ərazilərdə çəkilmiş üç şəkil seçilmişdir. Daha ətraflı mikrostruktur tədqiqatlar, o cümlədən kimyəvi tərkibin təhlili və elementlərin paylanması təhlili, enerji dispersiv spektroskopiya (EDS) analiz sistemi ilə təchiz edilmiş skan edən elektron mikroskopda (JEOL JSM-6490LA) aparılmışdır. HEA kompozitinin kristal strukturunun xarakteristikası 0,04° addım ölçüsü olan CuKα mənbəyindən istifadə etməklə rentgen şüalarının difraksiya sistemindən (Bruker D2 faza dəyişdiricisi) istifadə edilməklə həyata keçirilmişdir. Mikrostruktur dəyişikliklərinin HEA kompozitlərinin mexaniki xassələrinə təsiri Vickers mikrosərtlik testləri və sıxılma testlərindən istifadə etməklə öyrənilmişdir. Sərtlik testi üçün hər nümunə üçün ən azı 10 girinti istifadə edərək 15 saniyə ərzində 500 N yük tətbiq edilir. HEA kompozitlərinin otaq temperaturunda sıxılma sınaqları düzbucaqlı nümunələrdə (7 mm × 3 mm × 3 mm) Shimadzu 50KN universal sınaq maşınında (UTM) 0,001/s ilkin deformasiya sürətində aparılmışdır.
Bundan sonra S-1 - S-6 nümunələri adlandırılacaq yüksək entropiyalı kompozitlər CoCrFeNi matrisinə 3%, 6%, 9%, 12%, 15% və 17% SiC (hamısı çəki ilə%) əlavə edilməklə hazırlanmışdır. . müvafiq olaraq. SiC-nin əlavə olunmadığı istinad nümunəsi bundan sonra S-0 nümunəsi adlandırılacaqdır. Hazırlanmış HEA kompozitlərinin optik mikroqrafikləri Şek. Şəkil 1, burada müxtəlif əlavələrin əlavə edilməsi sayəsində CoCrFeNi HEA-nın birfazalı mikrostrukturu müxtəlif morfologiya, ölçülər və paylanma ilə bir çox fazadan ibarət mikrostrukturaya çevrildi. Tərkibindəki SiC miqdarı. Hər bir mərhələnin məbləği LAS Phase Expert proqram təminatından istifadə edərək görüntü analizindən müəyyən edilmişdir. Şəkil 1-də (yuxarı sağda) bu təhlil üçün nümunə sahəsi, həmçinin hər bir faza komponenti üçün sahə fraksiyaları göstərilir.
Hazırlanmış yüksək entropiyaya malik kompozitlərin optik mikroqrafikləri: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 və (f) C- 6. İçəridə LAS Phase Expert proqram təminatından istifadə edərək kontrast əsaslı təsvirin faza təhlili nəticələrinin nümunəsi göstərilir.
Şəkildə göstərildiyi kimi. Şəkil 1a, C-1 kompozitinin matris həcmləri arasında formalaşmış evtektik mikrostruktur, burada matrisin və evtektik fazaların miqdarı müvafiq olaraq 87,9 ± 0,47% və 12,1% ± 0,51% olaraq qiymətləndirilir. Şəkil 1b-də göstərilən kompozitdə (C-2) bərkləşmə zamanı evtektik reaksiya əlamətləri müşahidə edilmir və C-1 kompozitindən tamamilə fərqli mikrostruktur müşahidə edilir. C-2 kompozitinin mikro strukturu nisbətən incədir və matris fazasında (fcc) bərabər paylanmış nazik lövhələrdən (karbidlərdən) ibarətdir. Matris və karbidin həcm fraksiyaları müvafiq olaraq 72 ± 1,69% və 28 ± 1,69% olaraq qiymətləndirilir. Matris və karbiddən başqa, C-3 kompozitində Şəkil 1c-də göstərildiyi kimi yeni faza (silisid) tapıldı, burada belə silisid, karbid və matris fazalarının həcm fraksiyaları təxminən 26,5% ± qiymətləndirilir. müvafiq olaraq 0,41%, 25,9 ± 0,53 və 47,6 ± 0,34. C-4 kompozitinin mikrostrukturunda da başqa bir yeni faza (qrafit) müşahidə edilmişdir; cəmi dörd mərhələ müəyyən edilmişdir. Qrafit fazası optik şəkillərdə tünd kontrastla fərqlənən qlobulyar formaya malikdir və yalnız kiçik miqdarda mövcuddur (təxmin edilən həcm hissəsi yalnız təxminən 0,6 ± 0,30%). C-5 və C-6 kompozitlərində yalnız üç faza müəyyən edilmişdir və bu kompozitlərdə qaranlıq kontrastlı qrafit fazası lopa şəklində görünür. Kompozit S-5-dəki qrafit lopaları ilə müqayisədə, Kompozit S-6-dakı qrafit lopaları daha geniş, daha qısa və daha nizamlıdır. Qrafit tərkibində müvafiq artım da C-5 kompozitində 14,9 ± 0,85%-dən C-6 kompozitində təxminən 17,4 ± 0,55%-ə qədər müşahidə edilmişdir.
HEA kompozitində hər bir fazanın təfərrüatlı mikrostrukturunu və kimyəvi tərkibini daha da araşdırmaq üçün nümunələr SEM-dən istifadə edərək tədqiq edildi və EMF nöqtəsi analizi və kimyəvi xəritələmə də aparıldı. Kompozit C-1 üçün nəticələr Şəkildə göstərilmişdir. 2, burada əsas matrisin fazasının bölgələrini ayıran evtektik qarışıqların olması aydın görünür. Kompozit C-1-in kimyəvi xəritəsi Şəkil 2c-də göstərilmişdir, burada Co, Fe, Ni və Si-nin matris fazasında bərabər paylandığını görmək olar. Bununla belə, əsas HEA-nın digər elementləri ilə müqayisədə matrisin fazasında az miqdarda Cr tapılmışdır ki, bu da Cr-nin matrisdən kənara yayıldığını göstərir. SEM görüntüsündə ağ evtektik fazanın tərkibi xrom və karbonla zəngindir və onun xrom karbid olduğunu göstərir. Mikrostrukturda diskret SiC hissəciklərinin olmaması, matrisdə xromun müşahidə olunan aşağı tərkibi və tərkibində xromla zəngin fazalar olan evtektik qarışıqların olması ərimə zamanı SiC-nin tam parçalanmasını göstərir. SiC-nin parçalanması nəticəsində silisium matris fazasında həll olur və sərbəst karbon xromla qarşılıqlı əlaqədə olur və xrom karbidləri əmələ gətirir. Göründüyü kimi, EMF üsulu ilə yalnız karbon keyfiyyətcə təyin edilmiş və rentgen şüalarının difraksiya qanunlarında xarakterik karbid zirvələrinin müəyyən edilməsi ilə faza əmələ gəlməsi təsdiq edilmişdir.
(a) S-1 nümunəsinin SEM şəkli, (b) böyüdülmüş şəkil, (c) element xəritəsi, (d) göstərilən yerlərdə EMF nəticələri.
Kompozit C-2-nin təhlili Şəkildə göstərilmişdir. 3. Optik mikroskopiyada göründüyü kimi, SEM müayinəsi struktur boyunca bərabər paylanmış nazik təbəqəli fazanın mövcudluğu ilə yalnız iki fazadan ibarət incə struktur aşkar etdi. matris fazası və evtektik faza yoxdur. Lamelli fazanın element paylanması və EMF nöqtəsi təhlili bu fazada Cr (sarı) və C (yaşıl) nisbətən yüksək məzmunu aşkar etdi ki, bu da ərimə zamanı SiC-nin parçalanmasını və ayrılan karbonun xrom effekti ilə qarşılıqlı təsirini bir daha göstərir. . VEA matrisi lamel karbid fazasını əmələ gətirir. Elementlərin paylanması və matris fazasının nöqtə təhlili göstərdi ki, kobalt, dəmir, nikel və silisiumun çox hissəsi matrix fazada mövcuddur.
(a) S-2 nümunəsinin SEM şəkli, (b) böyüdülmüş şəkil, (c) element xəritəsi, (d) göstərilən yerlərdə EMF nəticələri.
C-3 kompozitlərinin SEM tədqiqatları karbid və matris fazalarına əlavə olaraq yeni fazaların mövcudluğunu aşkar etdi. Elementar xəritə (şəkil 4c) və EMF nöqtəsinin təhlili (şəkil 4d) göstərir ki, yeni faza nikel, kobalt və silisiumla zəngindir.
(a) S-3 nümunəsinin SEM şəkli, (b) böyüdülmüş şəkil, (c) element xəritəsi, (d) göstərilən yerlərdə EMF nəticələri.
C-4 kompozitinin SEM və EMF analizinin nəticələri Şek. 5. Kompozit C-3-də müşahidə edilən üç faza ilə yanaşı, qrafit düyünlərinin də olması aşkar edilmişdir. Silisiumla zəngin fazanın həcm hissəsi də C-3 kompozitindən daha yüksəkdir.
(a) S-4 nümunəsinin SEM şəkli, (b) böyüdülmüş şəkil, (c) element xəritəsi, (d) göstərilən yerlərdə EMF nəticələri.
S-5 və S-6 kompozitlərinin SEM və EMF spektrlərinin nəticələri müvafiq olaraq Şəkil 1 və 2-də göstərilmişdir. 6 və 7. Az sayda kürələrlə yanaşı, qrafit lopalarının da olması müşahidə edilmişdir. C-6 kompozitində həm qrafit lopalarının sayı, həm də silisium tərkibli fazanın həcm hissəsi C-5 kompozitindən daha çoxdur.
(a) C-5 nümunəsinin SEM şəkli, (b) böyüdülmüş görünüş, (c) elementar xəritə, (d) göstərilən yerlərdə EMF nəticələri.
(a) S-6 nümunəsinin SEM şəkli, (b) böyüdülmüş şəkil, (c) element xəritəsi, (d) göstərilən yerlərdə EMF nəticələri.
XRD ölçmələrindən istifadə etməklə HEA kompozitlərinin kristal strukturunun xarakteristikası da aparılmışdır. Nəticə Şəkil 8-də göstərilmişdir. Əsas WEA-nın (S-0) difraksiya sxemində yalnız fcc fazasına uyğun gələn zirvələr görünür. C-1, C-2 və C-3 kompozitlərinin rentgen şüalarının difraksiya nümunələri xrom karbidinə (Cr7C3) uyğun gələn əlavə zirvələrin mövcudluğunu aşkar etdi və onların intensivliyi C-3 və C-4 nümunələri üçün daha aşağı idi. ki, bu nümunələr üçün məlumat EMF ilə də. Co/Ni silisidlərinə uyğun gələn zirvələr S-3 və S-4 nümunələri üçün müşahidə edildi, bu da Şəkil 2 və 3-də göstərilən EDS xəritələşdirmə nəticələrinə uyğundur. Şəkil 3 və Şəkil 4-də göstərildiyi kimi. 5 və S-6 zirvələri müşahidə edildi. qrafitə uyğundur.
Hazırlanmış kompozitlərin həm mikrostruktur, həm də kristalloqrafik xüsusiyyətləri əlavə edilmiş SiC-nin parçalandığını göstərir. Bu, VEA matrisində xromun olması ilə əlaqədardır. Xromun karbon 54.55-ə çox güclü yaxınlığı var və matrisin xrom tərkibində müşahidə olunan azalma ilə göstərildiyi kimi, sərbəst karbonla reaksiyaya girərək karbidlər əmələ gətirir. Si, SiC56-nın dissosiasiyası səbəbindən fcc fazasına keçir. Beləliklə, əsas HEA-ya SiC-nin əlavə edilməsinin artması karbid fazasının miqdarının və mikrostrukturda sərbəst Si miqdarının artmasına səbəb oldu. Müəyyən edilmişdir ki, bu əlavə Si matrisdə aşağı konsentrasiyalarda (S-1 və S-2 kompozitlərində), yüksək konsentrasiyalarda isə (S-3-dən S-6-ya qədər kompozitlər) əlavə kobalt çökməsi ilə nəticələnir/. nikel silisid. Birbaşa sintez yüksək temperaturlu kalorimetriya yolu ilə əldə edilən Co və Ni silisidlərinin əmələ gəlməsinin standart entalpiyası Co2Si, CoSi və CoSi2 üçün müvafiq olaraq -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 təşkil edir. dəyərlər - 50,6 ± 1,7 və - Ni2Si və Ni5Si2 üçün müvafiq olaraq 45,1 ± 1,4 kJ mol-157. Bu dəyərlər SiC-nin əmələ gəlmə istiliyindən aşağıdır və Co/Ni silisidlərinin əmələ gəlməsinə səbəb olan SiC-nin dissosiasiyasının enerji baxımından əlverişli olduğunu göstərir. Həm S-5, həm də S-6 kompozitlərində silisidin əmələ gəlməsindən kənarda udulmuş əlavə sərbəst silisium var idi. Bu sərbəst silisiumun adi poladlarda müşahidə olunan qrafitləşməyə töhfə verdiyi aşkar edilmişdir58.
HEA əsasında hazırlanmış keramika ilə gücləndirilmiş kompozitlərin mexaniki xüsusiyyətləri sıxılma testləri və sərtlik testləri ilə araşdırılır. Hazırlanmış kompozitlərin gərginlik-deformasiya əyriləri Şek. 9a və Şəkil 9b-də işlənmiş kompozitlərin xüsusi məhsuldarlıq gücü, məhsuldarlıq gücü, sərtlik və uzanması arasında səpələnmə qrafiki göstərilir.
(a) Sıxıcı deformasiya əyriləri və (b) spesifik məhsuldarlıq gərginliyini, məhsuldarlığın möhkəmliyini, sərtliyini və uzanmasını göstərən səpilmə qrafikləri. Qeyd edək ki, yalnız S-0-dan S-4-ə qədər nümunələr göstərilir, çünki S-5 və S-6 nümunələrində əhəmiyyətli tökmə qüsurları var.
Şəkildə göründüyü kimi. 9-da məhsuldarlıq gücü əsas VES (C-0) üçün 136 MPa-dan C-4 kompoziti üçün 2522 MPa-ya yüksəldi. Əsas WPP ilə müqayisədə, S-2 kompoziti təxminən 37% uğursuzluğa çox yaxşı bir uzanma göstərdi və həmçinin əhəmiyyətli dərəcədə yüksək məhsuldarlıq dəyərləri (1200 MPa) göstərdi. Bu kompozitin gücü və çevikliyinin əla birləşməsi ümumi mikrostrukturun yaxşılaşdırılması, o cümlədən dislokasiya hərəkətini maneə törətməsi gözlənilən incə karbid lamellərinin mikrostruktur boyunca vahid paylanması ilə bağlıdır. C-3 və C-4 kompozitlərinin məhsuldarlıq gücü müvafiq olaraq 1925 MPa və 2522 MPa-dır. Bu yüksək məhsuldarlıq gücləri sementlənmiş karbid və silisid fazalarının yüksək həcmli hissəsi ilə izah edilə bilər. Bununla belə, bu fazaların mövcudluğu da yalnız 7% qırılma uzadılması ilə nəticələndi. CoCrFeNi HEA (S-0) və S-1 əsas kompozitlərinin gərginlik-deformasiya əyriləri qabarıqdır ki, bu da qoşalaşma effektinin və ya TRIP59,60-ın aktivləşməsini göstərir. S-1 nümunəsi ilə müqayisədə, S-2 nümunəsinin gərginlik-deformasiya əyrisi təxminən 10,20% deformasiyada konkav formaya malikdir, bu o deməkdir ki, normal dislokasiya sürüşməsi nümunənin bu deformasiya vəziyyətində əsas deformasiya rejimidir60,61 . Bununla belə, bu nümunədə sərtləşmə sürəti böyük deformasiya diapazonunda yüksək olaraq qalır və daha yüksək deformasiyalarda qabarıqlığa keçid də görünür (baxmayaraq ki, bunun yağlanmış sıxıcı yüklərin sıradan çıxması ilə əlaqədar olduğunu istisna etmək olmaz). ). C-3 və C-4 kompozitləri mikrostrukturda karbidlərin və silisidlərin daha yüksək həcmli fraksiyalarının olması səbəbindən yalnız məhdud plastikliyə malikdir. C-5 və C-6 kompozitlərinin nümunələrinin sıxılma sınaqları bu kompozit nümunələrində əhəmiyyətli tökmə qüsurlarına görə aparılmadı (bax. Şəkil 10).
C-5 və C-6 kompozitlərinin nümunələrində tökmə qüsurlarının (qırmızı oxlarla göstərilən) stereomikroqrafiyaları.
VEA kompozitlərinin sərtliyinin ölçülməsinin nəticələri Şek. 9b. Əsas WEA-nın sərtliyi 130±5 HV, S-1, S-2, S-3 və S-4 nümunələri isə 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV və 755±20 HV. Sərtliyin artması sıxılma sınaqları nəticəsində əldə edilən məhsuldarlığın dəyişməsi ilə yaxşı uyğunlaşdı və kompozitdə bərk maddələrin miqdarının artması ilə əlaqələndirildi. Hər bir nümunənin hədəf tərkibinə əsaslanan hesablanmış xüsusi gəlir gücü də Şəkildə göstərilmişdir. 9b. Ümumiyyətlə, kompozit C-2 üçün məhsuldarlığın (1200 MPa), sərtliyin (275 ± 10 HV) və uğursuzluğa nisbi uzadılmasının (~37%) ən yaxşı birləşməsi müşahidə olunur.
Hazırlanmış kompozitin məhsuldarlığının və nisbi uzanmasının müxtəlif sinifli materiallarla müqayisəsi Şəkil 11a-da göstərilmişdir. Bu tədqiqatda CoCrFeNi-yə əsaslanan kompozitlər istənilən gərginlik səviyyəsində yüksək uzanma göstərmişdir62. Həmçinin görünə bilər ki, bu tədqiqatda işlənmiş HEA kompozitlərinin xassələri uzadılmaya qarşı məhsuldarlıq sahəsinin əvvəllər boş qalan bölgəsində yerləşir. Bundan əlavə, hazırlanmış kompozitlər güc (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa və 2522 MPa) və uzanma (>60%, 37%, 7.3% və 6.19%) birləşmələrinin geniş spektrinə malikdir. Məhsuldarlıq gücü həm də qabaqcıl mühəndislik tətbiqləri üçün materialların seçilməsində mühüm amildir63,64. Bu baxımdan, bu ixtiranın HEA kompozitləri məhsuldarlığın və uzanmanın əla birləşməsini nümayiş etdirir. Bunun səbəbi, aşağı sıxlıqlı SiC-nin əlavə edilməsi yüksək spesifik məhsuldarlığa malik kompozitlərin əldə edilməsidir. Şəkil 11b-də göstərildiyi kimi HEA kompozitlərinin xüsusi məhsuldarlıq gücü və uzanması HEA FCC və odadavamlı HEA ilə eyni diapazondadır. Hazırlanmış kompozitlərin sərtliyi və axıcılıq gücü kütləli metal şüşələrlə eyni diapazondadır65 (şək. 11c). Kütləvi metal şüşələr (BMS) yüksək sərtlik və məhsuldarlıq ilə xarakterizə olunur, lakin onların uzanması məhduddur66,67. Bununla belə, bu tədqiqatda hazırlanmış bəzi HEA kompozitlərinin sərtliyi və məhsuldarlıq gücü də əhəmiyyətli dərəcədə uzanma göstərmişdir. Beləliklə, VEA tərəfindən hazırlanmış kompozitlərin müxtəlif struktur tətbiqləri üçün unikal və axtarılan mexaniki xassələrin birləşməsinə malik olduğu qənaətinə gəlindi. Mexanik xassələrin bu unikal birləşməsini FCC HEA matrisində yerində əmələ gələn sərt karbidlərin vahid dispersiyası ilə izah etmək olar. Bununla belə, gücün daha yaxşı birləşməsinə nail olmaq məqsədinin bir hissəsi olaraq, keramika fazalarının əlavə edilməsi nəticəsində yaranan mikrostruktur dəyişiklikləri diqqətlə öyrənilməli və S-5 və S-6 kompozitlərində aşkar edilən tökmə qüsurlarının qarşısını almaq üçün nəzarət edilməlidir və çeviklik. cins.
Bu tədqiqatın nəticələri müxtəlif konstruktiv materiallar və HEA ilə müqayisə edilmişdir: (a) uzadılmaya qarşı çıxma gücü62, (b) çevikliyə qarşı spesifik məhsuldarlıq gərginliyi63 və (c) məhsuldarlığa qarşı sərtlik65.
SiC əlavəsi ilə HEA CoCrFeNi sisteminə əsaslanan bir sıra HEA-keramika kompozitlərinin mikrostruktur və mexaniki xassələri öyrənilmiş və aşağıdakı nəticələr çıxarılmışdır:
Yüksək entropiyalı ərinti kompozitləri qövs əritmə üsulundan istifadə edərək CoCrFeNi HEA-ya SiC əlavə etməklə uğurla inkişaf etdirilə bilər.
SiC qövsün əriməsi zamanı parçalanır və karbid, silisid və qrafit fazalarının in situ formalaşmasına gətirib çıxarır, onların mövcudluğu və həcm hissəsi əsas HEA-ya əlavə olunan SiC-nin miqdarından asılıdır.
HEA kompozitləri bir çox əla mexaniki xassələr nümayiş etdirirlər, bu xüsusiyyətlər uzanma sahəsinə qarşı məhsuldarlıqda əvvəllər boş qalan ərazilərə aiddir. 6 wt% SiC istifadə edərək hazırlanmış HEA kompozitinin məhsuldarlığı 37% çevikliyi qorumaqla əsas HEA-dan səkkiz dəfə çox idi.
HEA kompozitlərinin sərtliyi və axma gücü toplu metal şüşələr (BMG) aralığındadır.
Tapıntılar yüksək entropiyalı ərinti kompozitlərinin qabaqcıl struktur tətbiqləri üçün metal-mexaniki xüsusiyyətlərin mükəmməl birləşməsinə nail olmaq üçün perspektivli bir yanaşma olduğunu göstərir.
Göndərmə vaxtı: 12 iyul 2023-cü il