Mae CoCrFeNi yn aloi entropi ciwbig wyneb-ganolog (fcc) uchel (HEA) sydd wedi'i astudio'n dda gyda hydwythedd rhagorol ond cryfder cyfyngedig. Mae ffocws yr astudiaeth hon ar wella cydbwysedd cryfder a hydwythedd HEA o'r fath trwy ychwanegu symiau gwahanol o SiC gan ddefnyddio'r dull toddi arc. Mae wedi'i sefydlu bod presenoldeb cromiwm yn yr HEA sylfaenol yn achosi dadelfeniad SiC wrth doddi. Felly, mae rhyngweithiad carbon rhad ac am ddim â chromiwm yn arwain at ffurfio carbidau cromiwm yn y fan a'r lle, tra bod silicon rhydd yn parhau i fod mewn hydoddiant yn yr HEA sylfaenol a / neu'n rhyngweithio â'r elfennau sy'n ffurfio'r HEA sylfaen i ffurfio silicidau. Wrth i'r cynnwys SiC gynyddu, mae'r cyfnod microstrwythur yn newid yn y dilyniant canlynol: fcc → fcc + eutectic → fcc + fflochiau cromiwm carbid → fcc + fflochiau cromiwm carbid + silicid → fcc + fflochiau cromiwm carbid + silicid + peli graffit / naddion graffit. Mae'r cyfansoddion sy'n deillio o hyn yn arddangos ystod eang iawn o briodweddau mecanyddol (cryfder cynnyrch yn amrywio o 277 MPa ar ymestyniad o dros 60% i 2522 MPa ar elongation o 6%) o'i gymharu ag aloion confensiynol ac aloion entropi uchel. Mae rhai o'r cyfansoddion entropi uchel a ddatblygwyd yn dangos cyfuniad rhagorol o briodweddau mecanyddol (cryfder cynnyrch 1200 MPa, elongation 37%) ac yn meddiannu rhanbarthau anghyraeddadwy o'r blaen ar y diagram ymestyn straen-cynnyrch. Yn ogystal ag ehangiad rhyfeddol, mae caledwch a chryfder cynnyrch cyfansoddion AAU yn yr un ystod â gwydrau metelaidd swmp. Felly, credir y gall datblygu cyfansoddion entropi uchel helpu i gyflawni cyfuniad rhagorol o briodweddau mecanyddol ar gyfer cymwysiadau strwythurol uwch.
Mae datblygu aloion entropi uchel yn gysyniad newydd addawol mewn meteleg1,2. Mae aloion entropi uchel (HEA) wedi dangos mewn nifer o achosion gyfuniad rhagorol o briodweddau ffisegol a mecanyddol, gan gynnwys sefydlogrwydd thermol uchel3,4 elongation superplastig5,6 ymwrthedd blinder7,8 ymwrthedd cyrydiad9,10,11, ymwrthedd traul rhagorol12,13,14 ,15 a phriodweddau triolegol15 ,16,17 hyd yn oed ar dymheredd uchel18,19,20,21,22 a phriodweddau mecanyddol yn isel tymheredd23,24,25. Mae'r cyfuniad rhagorol o briodweddau mecanyddol yn AAU fel arfer yn cael ei briodoli i bedwar prif effaith, sef entropi ffurfweddiadol uchel26, ystumiad dellt cryf27, trylediad araf28 ac effaith coctel29. Mae AAUau fel arfer yn cael eu dosbarthu fel mathau FCC, BCC a HCP. Mae AAU Cyngor Sir y Fflint fel arfer yn cynnwys elfennau pontio megis Co, Cr, Fe, Ni a Mn ac mae'n arddangos hydwythedd rhagorol (hyd yn oed ar dymheredd isel25) ond cryfder isel. Mae BCC HEA fel arfer yn cynnwys elfennau dwysedd uchel fel W, Mo, Nb, Ta, Ti a V ac mae ganddo gryfder uchel iawn ond hydwythedd isel a chryfder penodol isel30.
Ymchwiliwyd i addasiad microstrwythurol AAU yn seiliedig ar beiriannu, prosesu thermomecanyddol ac ychwanegu elfennau i gael y cyfuniad gorau o briodweddau mecanyddol. Mae CoCrFeMnNi FCC HEA yn destun dadffurfiad plastig difrifol gan dirdro pwysedd uchel, sy'n arwain at gynnydd sylweddol mewn caledwch (520 HV) a chryfder (1950 MPa), ond mae datblygiad microstrwythur nanocrystalline (~ 50 nm) yn gwneud yr aloi yn frau31 . Canfuwyd bod ymgorffori hydwythedd gefeillio (TWIP) a phlastigrwydd a achosir gan drawsnewid (TRIP) i mewn i AAUau CoCrFeMnNi yn rhoi caledwch gwaith da gan arwain at hydwythedd tynnol uchel, er ar draul gwerthoedd cryfder tynnol gwirioneddol. Isod (1124 MPa) 32. Arweiniodd ffurfio microstrwythur haenog (sy'n cynnwys haen anffurfiedig denau a chraidd anffurfiedig) yn AAU CoCrFeMnNi gan ddefnyddio peening ergyd at gynnydd mewn cryfder, ond cyfyngwyd y gwelliant hwn i tua 700 MPa33. Wrth chwilio am ddeunyddiau gyda'r cyfuniad gorau o gryfder a hydwythedd, ymchwiliwyd hefyd i ddatblygiad AAUau amlgyfnod ac AAU ewtectig gan ddefnyddio ychwanegiadau o elfennau anisoatomig34,35,36,37,38,39,40,41. Yn wir, canfuwyd y gall dosbarthiad manylach o gyfnodau caled a meddal mewn aloion entropi uchel eutectig arwain at gyfuniad cymharol well o gryfder a hydwythedd35,38,42,43.
Mae system CoCrFeNi yn aloi entropi uchel un cam FCC a astudiwyd yn eang. Mae'r system hon yn arddangos priodweddau caledu gwaith cyflym44 a hydwythedd rhagorol45,46 ar dymheredd isel ac uchel. Gwnaed sawl ymgais i wella ei gryfder cymharol isel (~300 MPa)47,48 gan gynnwys mireinio grawn25, microstrwythur heterogenaidd49, dyddodiad50,51,52 a phlastigrwydd a achosir gan drawsnewid (TRIP)53. Mae mireinio grawn o cast wyneb-ganolog HEA CoCrFeNi HEA CoCrFeNi trwy dynnu oer o dan amodau difrifol yn cynyddu'r cryfder o tua 300 MPa47.48 i 1.2 GPa25, ond yn lleihau colli hydwythedd o fwy na 60% i 12.6%. Arweiniodd ychwanegu Al at yr AAU o CoCrFeNi at ffurfio microstrwythur heterogenaidd, a gynyddodd ei gryfder cynnyrch i 786 MPa a'i ehangiad cymharol i tua 22%49. Ychwanegwyd CoCrFeNi HEA gyda Ti ac Al i ffurfio gwaddodion, a thrwy hynny gryfhau dyddodiad, cynyddu ei gryfder cynnyrch i 645 MPa ac elongation i 39%51. Cynyddodd y mecanwaith TRIP (trawsnewid martensitig → hecsahedral ciwbig wyneb-ganolog) a gefeillio gryfder tynnol AAU CoCrFeNi i 841 MPa ac ehangiad ar egwyl i 76%53.
Gwnaed ymdrechion hefyd i ychwanegu atgyfnerthiad ceramig at fatrics ciwbig wyneb-ganolog yr AAU i ddatblygu cyfansoddion entropi uchel a all arddangos gwell cyfuniad o gryfder a hydwythedd. Mae cyfansoddion ag entropi uchel wedi'u prosesu gan doddi arc gwactod44, aloi mecanyddol45,46,47,48,52,53, sintering plasma gwreichion46,51,52, gwasgu poeth gwactod45, gwasgu isostatig poeth47,48 a datblygu prosesau gweithgynhyrchu ychwanegion43, 50. Mae carbidau, ocsidau a nitridau fel WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 ac Y2O351 wedi'u defnyddio fel atgyfnerthiad ceramig wrth ddatblygu cyfansoddion AAU. Mae dewis y matrics AAU a'r cerameg cywir yn arbennig o bwysig wrth ddylunio a datblygu cyfansawdd AAU cryf a gwydn. Yn y gwaith hwn, dewiswyd CoCrFeNi fel y deunydd matrics. Ychwanegwyd symiau amrywiol o SiC at yr AAU CoCrFeNi ac astudiwyd eu heffaith ar y microstrwythur, cyfansoddiad y cyfnodau, a phriodweddau mecanyddol.
Defnyddiwyd metelau purdeb uchel Co, Cr, Fe, a Ni (99.95 wt%) a powdr SiC (purdeb 99%, maint -400 rhwyll) ar ffurf gronynnau elfennol fel deunyddiau crai ar gyfer creu cyfansoddion AAU. Gosodwyd cyfansoddiad isoatomig AAU CoCrFeNi yn gyntaf mewn mowld copr hemisfferig wedi'i oeri â dŵr, ac yna gwacáu'r siambr i 3·10-5 mbar. Cyflwynir nwy argon purdeb uchel i gyflawni'r gwactod sydd ei angen ar gyfer toddi arc gydag electrodau twngsten na ellir eu traul. Mae'r ingotau canlyniadol yn cael eu gwrthdroi a'u hail-doddi bum gwaith i sicrhau homogenedd da. Paratowyd cyfansoddion entropi uchel o gyfansoddiadau amrywiol trwy ychwanegu rhywfaint o SiC at y botymau CoCrFeNi equiatomig canlyniadol, a gafodd eu hail-homogeneiddio gan wrthdroad pum-plyg ac ail-doddi ym mhob achos. Torrwyd y botwm mowldio o'r cyfansawdd canlyniadol gan ddefnyddio EDM ar gyfer profi a nodweddu ymhellach. Paratowyd samplau ar gyfer astudiaethau microstrwythurol yn unol â dulliau metallograffig safonol. Yn gyntaf, archwiliwyd y samplau gan ddefnyddio microsgop golau (Leica Microscope DM6M) gyda'r meddalwedd Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) ar gyfer dadansoddiad cyfnod meintiol. Dewiswyd tair delwedd a dynnwyd mewn gwahanol ardaloedd gyda chyfanswm arwynebedd o tua 27,000 µm2 i'w dadansoddi fesul cam. Cynhaliwyd astudiaethau microstrwythurol manwl pellach, gan gynnwys dadansoddi cyfansoddiad cemegol a dadansoddi dosbarthiad elfennau, ar ficrosgop electron sganio (JEOL JSM-6490LA) gyda system dadansoddi sbectrosgopeg gwasgaredig egni (EDS). Perfformiwyd nodweddu strwythur grisial y cyfansawdd HEA gan ddefnyddio system diffreithiant pelydr-X (symudwr cam Bruker D2) gan ddefnyddio ffynhonnell CuKα gyda maint cam o 0.04 °. Astudiwyd effaith newidiadau microstrwythurol ar briodweddau mecanyddol cyfansoddion AAU gan ddefnyddio profion microhardness Vickers a phrofion cywasgu. Ar gyfer y prawf caledwch, rhoddir llwyth o 500 N am 15 s gan ddefnyddio o leiaf 10 mewnoliad fesul sbesimen. Cynhaliwyd profion cywasgu o gyfansoddion HEA ar dymheredd ystafell ar sbesimenau hirsgwar (7 mm × 3 mm × 3 mm) ar beiriant profi cyffredinol Shimadzu 50KN (UTM) ar gyfradd straen gychwynnol o 0.001/s.
Paratowyd cyfansoddion entropi uchel, y cyfeirir atynt o hyn ymlaen fel samplau S-1 i S-6, trwy ychwanegu 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, a 17% SiC (i gyd yn ôl pwysau%) at fatrics CoCrFeNi . yn y drefn honno. Cyfeirir o hyn ymlaen at y sampl cyfeirio na ychwanegwyd unrhyw SiC ato fel sampl S-0. Dangosir micrograffau optegol o'r cyfansoddion HEA datblygedig yn Ffigys. 1, lle, oherwydd ychwanegu amrywiol ychwanegion, trawsnewidiwyd microstrwythur un cam yr HEA CoCrFeNi yn ficrostrwythur sy'n cynnwys llawer o gamau gyda morffoleg, meintiau a dosbarthiad gwahanol. Swm y SiC yn y cyfansoddiad. Penderfynwyd ar swm pob cam o ddadansoddi delweddau gan ddefnyddio meddalwedd LAS Phase Expert. Mae'r mewnosodiad i Ffigur 1 (dde uchaf) yn dangos ardal enghreifftiol ar gyfer y dadansoddiad hwn, yn ogystal â'r ffracsiwn arwynebedd ar gyfer pob cydran cyfnod.
Micrograffau optegol o'r cyfansoddion entropi uchel datblygedig: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 ac (f) C- 6. Mae'r mewnosodiad yn dangos enghraifft o ganlyniadau dadansoddi cyfnod delwedd seiliedig ar gyferbyniad gan ddefnyddio meddalwedd LAS Phase Expert.
Fel y dangosir yn ffig. 1a, microstrwythur ewtectig a ffurfiwyd rhwng cyfeintiau matrics y cyfansawdd C-1, lle amcangyfrifir bod swm y cyfnodau matrics a ewtectig yn 87.9 ± 0.47% a 12.1% ± 0.51%, yn y drefn honno. Yn y cyfansawdd (C-2) a ddangosir yn Ffig. 1b, nid oes unrhyw arwyddion o adwaith ewtectig yn ystod solidiad, a gwelir microstrwythur hollol wahanol i un y cyfansawdd C-1. Mae microstrwythur y cyfansawdd C-2 yn gymharol fân ac mae'n cynnwys platiau tenau (carbidau) wedi'u dosbarthu'n unffurf yn y cyfnod matrics (fcc). Amcangyfrifir bod ffracsiynau cyfaint y matrics a'r carbid yn 72 ± 1.69% a 28 ± 1.69%, yn y drefn honno. Yn ogystal â'r matrics a'r carbid, canfuwyd cam newydd (sililaddiad) yn y cyfansawdd C-3, fel y dangosir yn Ffig. 1c, lle amcangyfrifir bod ffracsiynau cyfaint y cyfnodau silicad, carbid a matrics o'r fath tua 26.5% ± 0.41%, 25.9 ± 0.53, a 47.6 ± 0.34, yn y drefn honno. Gwelwyd cyfnod newydd arall (graffit) hefyd ym microstrwythur y cyfansawdd C-4; nodwyd cyfanswm o bedwar cam. Mae gan y cyfnod graffit siâp globular amlwg gyda chyferbyniad tywyll mewn delweddau optegol a dim ond mewn symiau bach y mae'n bresennol (dim ond tua 0.6 ± 0.30% yw'r ffracsiwn cyfaint amcangyfrifedig). Mewn cyfansoddion C-5 a C-6, dim ond tri cham a nodwyd, ac mae'r cyfnod graffit cyferbyniol tywyll yn y cyfansoddion hyn yn ymddangos ar ffurf naddion. O'i gymharu â'r naddion graffit yn Composite S-5, mae'r naddion graffit yn Composite S-6 yn ehangach, yn fyrrach ac yn fwy rheolaidd. Gwelwyd cynnydd cyfatebol mewn cynnwys graffit hefyd o 14.9 ± 0.85% yn y cyfansawdd C-5 i tua 17.4 ± 0.55% yn y cyfansawdd C-6.
Er mwyn ymchwilio ymhellach i ficrostrwythur manwl a chyfansoddiad cemegol pob cam yn y cyfansawdd AAU, archwiliwyd samplau gan ddefnyddio SEM, a chynhaliwyd dadansoddiad pwyntiau EMF a mapio cemegol hefyd. Dangosir y canlyniadau ar gyfer C-1 cyfansawdd yn ffig. 2, lle gwelir presenoldeb cymysgeddau eutectig sy'n gwahanu rhanbarthau'r prif gyfnod matrics yn glir. Dangosir y map cemegol o gyfansawdd C-1 yn Ffig. 2c, lle gellir gweld bod Co, Fe, Ni, a Si wedi'u dosbarthu'n unffurf yn y cyfnod matrics. Fodd bynnag, canfuwyd swm bach o Cr yn y cyfnod matrics o gymharu ag elfennau eraill o'r AAU sylfaenol, sy'n awgrymu bod Cr wedi'i wasgaru allan o'r matrics. Mae cyfansoddiad y cyfnod ewtectig gwyn yn y ddelwedd SEM yn gyfoethog mewn cromiwm a charbon, sy'n nodi ei fod yn gromiwm carbid. Mae absenoldeb gronynnau SiC arwahanol yn y microstrwythur, ynghyd â'r cynnwys isel o gromiwm a welwyd yn y matrics a phresenoldeb cymysgeddau ewtectig sy'n cynnwys cyfnodau cyfoethog o gromiwm, yn dynodi dadelfeniad cyflawn SiC wrth doddi. O ganlyniad i ddadelfennu SiC, mae silicon yn hydoddi yn y cyfnod matrics, ac mae carbon rhydd yn rhyngweithio â chromiwm i ffurfio carbidau cromiwm. Fel y gwelir, dim ond carbon a bennwyd yn ansoddol gan y dull EMF, a chadarnhawyd y ffurfiad cam trwy nodi brigau carbid nodweddiadol yn y patrymau diffreithiant pelydr-X.
(a) Delwedd SEM o sampl S-1, (b) delwedd chwyddedig, (c) map elfennau, (ch) canlyniadau EMF mewn lleoliadau a nodir.
Dangosir y dadansoddiad o C-2 cyfansawdd yn ffig. 3. Yn debyg i'r ymddangosiad mewn microsgopeg optegol, datgelodd archwiliad SEM strwythur dirwy yn cynnwys dau gam yn unig, gyda phresenoldeb cyfnod lamellar tenau wedi'i ddosbarthu'n gyfartal ledled y strwythur. cyfnod matrics, ac nid oes unrhyw gyfnod ewtectig. Datgelodd dosbarthiad elfen a dadansoddiad pwynt EMF y cyfnod lamellar gynnwys cymharol uchel o Cr (melyn) a C (gwyrdd) yn y cyfnod hwn, sydd eto'n dangos dadelfeniad SiC yn ystod toddi a rhyngweithiad y carbon a ryddhawyd â'r effaith cromiwm. . Mae matrics VEA yn ffurfio cyfnod carbid lamellar. Dangosodd dosbarthiad elfennau a dadansoddiad pwynt y cyfnod matrics fod y rhan fwyaf o'r cobalt, haearn, nicel a silicon yn bresennol yn y cyfnod matrics.
(a) Delwedd SEM o sampl S-2, (b) delwedd chwyddedig, (c) map elfennau, (ch) canlyniadau EMF mewn lleoliadau a nodir.
Datgelodd astudiaethau SEM o gyfansoddion C-3 bresenoldeb cyfnodau newydd yn ychwanegol at y cyfnodau carbid a matrics. Mae'r map elfennol (Ffig. 4c) a dadansoddiad pwynt EMF (Ffig. 4d) yn dangos bod y cyfnod newydd yn gyfoethog mewn nicel, cobalt, a silicon.
(a) Delwedd SEM o sampl S-3, (b) delwedd chwyddedig, (c) map elfennau, (ch) canlyniadau EMF mewn lleoliadau a nodir.
Dangosir canlyniadau'r dadansoddiad SEM ac EMF o'r cyfansawdd C-4 yn Ffigys. 5. Yn ogystal â'r tri cham a arsylwyd yn C-3 cyfansawdd, canfuwyd presenoldeb nodules graffit hefyd. Mae ffracsiwn cyfaint y cyfnod cyfoethog o silicon hefyd yn uwch na'r cyfansawdd C-3.
(a) Delwedd SEM o sampl S-4, (b) delwedd chwyddedig, (c) map elfennau, (ch) canlyniadau EMF mewn lleoliadau a nodir.
Dangosir canlyniadau sbectra SEM ac EMF o gyfansoddion S-5 ac S-6 yn Ffigurau 1 a 2. 6 a 7, yn y drefn honno. Yn ogystal â nifer fach o sfferau, gwelwyd presenoldeb naddion graffit hefyd. Mae nifer y naddion graffit a ffracsiwn cyfaint y cyfnod sy'n cynnwys silicon yn y cyfansawdd C-6 yn fwy nag yn y cyfansawdd C-5.
(a) Delwedd SEM o sampl C-5, (b) gwedd fwy, (c) map elfennol, (ch) canlyniadau EMF mewn lleoliadau a nodir.
(a) Delwedd SEM o sampl S-6, (b) delwedd chwyddedig, (c) map elfennau, (ch) canlyniadau EMF mewn lleoliadau a nodir.
Perfformiwyd nodweddu strwythur grisial o gyfansoddion HEA hefyd gan ddefnyddio mesuriadau XRD. Dangosir y canlyniad yn Ffigur 8. Ym mhatrwm diffreithiant y WEA sylfaenol (S-0), dim ond y copaon sy'n cyfateb i'r cyfnod fcc sy'n weladwy. Datgelodd patrymau diffreithiant pelydr-X o gyfansoddion C-1, C-2, a C-3 bresenoldeb brigau ychwanegol sy'n cyfateb i gromiwm carbid (Cr7C3), ac roedd eu dwyster yn is ar gyfer samplau C-3 a C-4, a nododd hynny hefyd gyda'r data EMF ar gyfer y samplau hyn. Gwelwyd brigau sy'n cyfateb i silicidau Co/Ni ar gyfer samplau S-3 a S-4, eto'n gyson â chanlyniadau mapio'r EDS a ddangosir yn Ffigurau 2 a 3. Fel y dangosir yn Ffigur 3 a Ffigur 4. Arsylwyd brigau 5 ac S-6 sy'n cyfateb i graffit.
Roedd nodweddion microstrwythurol a chrisialogaidd y cyfansoddion datblygedig yn dynodi dadelfeniad y SiC ychwanegol. Mae hyn oherwydd presenoldeb cromiwm ym matrics VEA. Mae gan gromiwm affinedd cryf iawn â charbon 54.55 ac mae'n adweithio â charbon rhydd i ffurfio carbidau, fel y dangosir gan y gostyngiad a welwyd yng nghynnwys cromiwm y matrics. Mae Si yn mynd i mewn i'r cyfnod fcc oherwydd daduniad SiC56. Felly, arweiniodd cynnydd yn ychwanegu SiC i'r HEA sylfaen at gynnydd yn swm y cyfnod carbid a faint o Si am ddim yn y microstrwythur. Canfuwyd bod y Si ychwanegol hwn yn cael ei ddyddodi yn y matrics ar grynodiadau isel (mewn cyfansoddion S-1 ac S-2), tra ar grynodiadau uwch (cyfansoddion S-3 i S-6) mae'n arwain at ddyddodiad cobalt ychwanegol/. silicid nicel. enthalpi safonol ffurfio silicidau Co a Ni, a geir trwy synthesis calorimetreg tymheredd uchel uniongyrchol, yw -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 ar gyfer Co2Si, CoSi a CoSi2, yn y drefn honno, tra bod y rhain gwerthoedd yw – 50.6 ± 1.7 a – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 ar gyfer Ni2Si a Ni5Si2, yn y drefn honno. Mae'r gwerthoedd hyn yn is na gwres ffurfiant SiC, sy'n dangos bod daduniad SiC sy'n arwain at ffurfio silicidau Co/Ni yn egniol ffafriol. Mewn cyfansoddion S-5 a S-6, roedd silicon rhydd ychwanegol yn bresennol, a gafodd ei amsugno y tu hwnt i ffurfio silicid. Canfuwyd bod y silicon rhydd hwn yn cyfrannu at y graffiteiddio a welwyd mewn dur confensiynol58.
Ymchwilir i briodweddau mecanyddol y cyfansoddion datblygedig a atgyfnerthir â cherameg sy'n seiliedig ar AAU trwy brofion cywasgu a phrofion caledwch. Dangosir cromliniau straen-straen y cyfansoddion datblygedig yn Ffigys. 9a, ac yn Ffig. 9b gwelir gwasgariad rhwng cryfder cnwd penodol, cryfder cnwd, caledwch, ac ehangiad y cyfansoddion datblygedig.
(a) Cromliniau straen cywasgol a (b) plotiau gwasgariad yn dangos straen cnwd penodol, cryfder cnwd, caledwch ac ehangiad. Sylwch mai dim ond sbesimenau S-0 i S-4 a ddangosir, gan fod sbesimenau S-5 a S-6 yn cynnwys diffygion castio sylweddol.
Fel y gwelir yn ffig. 9, cynyddodd cryfder y cynnyrch o 136 MPa ar gyfer y VES sylfaenol (C-0) i 2522 MPa ar gyfer y cyfansawdd C-4. O'i gymharu â WPP sylfaenol, dangosodd y cyfansawdd S-2 elongation da iawn i fethiant o tua 37%, a hefyd yn dangos gwerthoedd cryfder cynnyrch sylweddol uwch (1200 MPa). Mae'r cyfuniad rhagorol o gryfder a hydwythedd y cyfansawdd hwn oherwydd y gwelliant yn y microstrwythur cyffredinol, gan gynnwys dosbarthiad unffurf lamellae carbid mân trwy'r microstrwythur, y disgwylir iddo atal symudiad dadleoli. Cryfderau cynnyrch cyfansoddion C-3 a C-4 yw 1925 MPa a 2522 MPa, yn y drefn honno. Gellir esbonio'r cryfderau cynnyrch uchel hyn gan y ffracsiwn cyfaint uchel o gamau carbid smentiedig a silicid. Fodd bynnag, arweiniodd presenoldeb y cyfnodau hyn hefyd at ehangiad ar egwyl o 7% yn unig. Mae cromliniau straen-straen y cyfansoddion sylfaen CoCrFeNi HEA (S-0) a S-1 yn amgrwm, sy'n dynodi gweithrediad yr effaith gefeillio neu TRIP59,60. O'i gymharu â sampl S-1, mae gan gromlin straen-straen sampl S-2 siâp ceugrwm ar straen o tua 10.20%, sy'n golygu mai'r slip dadleoli arferol yw prif ddull dadffurfiad y sampl yn y cyflwr anffurf hwn60,61 . Fodd bynnag, mae'r gyfradd galedu yn y sbesimen hwn yn parhau i fod yn uchel dros ystod straen fawr, ac ar straenau uwch mae trawsnewidiad i amrededd hefyd i'w weld (er na ellir diystyru bod hyn oherwydd methiant llwythi cywasgedig iro). ). Dim ond plastigrwydd cyfyngedig sydd gan gyfansoddion C-3 a C-4 oherwydd presenoldeb ffracsiynau cyfaint uwch o carbidau a silicidau yn y microstrwythur. Ni chynhaliwyd profion cywasgu o samplau o gyfansoddion C-5 a C-6 oherwydd diffygion castio sylweddol ar y samplau hyn o gyfansoddion (gweler Ffig. 10).
Stereomicrograffau o ddiffygion castio (a ddangosir gan saethau coch) mewn samplau o gyfansoddion C-5 a C-6.
Dangosir canlyniadau mesur caledwch cyfansoddion VEA mewn Ffigys. 9b. Mae gan y WEA sylfaen galedwch o 130 ± 5 HV, ac mae gan samplau S-1, S-2, S-3 a S-4 werthoedd caledwch o 250 ± 10 HV, 275 ± 10 HV, 570 ± 20 HV a 755 ±20 HV. Roedd y cynnydd mewn caledwch yn cytuno'n dda â'r newid mewn cryfder cynnyrch a gafwyd o brofion cywasgu ac roedd yn gysylltiedig â chynnydd yn y swm o solidau yn y cyfansawdd. Mae'r cryfder cnwd penodol a gyfrifwyd yn seiliedig ar gyfansoddiad targed pob sampl hefyd yn cael ei ddangos yn ffig. 9b. Yn gyffredinol, gwelir y cyfuniad gorau o gryfder cnwd (1200 MPa), caledwch (275 ± 10 HV), ac ehangiad cymharol i fethiant (~37%) ar gyfer C-2 cyfansawdd.
Dangosir cymhariaeth o gryfder cnwd ac ehangiad cymharol y cyfansawdd datblygedig â defnyddiau o wahanol ddosbarthiadau yn Ffig. 11a. Dangosodd cyfansoddion yn seiliedig ar CoCrFeNi yn yr astudiaeth hon ehangiad uchel ar unrhyw lefel straen benodol62. Gellir gweld hefyd bod priodweddau'r cyfansoddion AAU a ddatblygwyd yn yr astudiaeth hon yn gorwedd yn y rhan o'r plot cryfder cnwd yn erbyn ehangiad oedd yn wag o'r blaen. Yn ogystal, mae gan y cyfansoddion datblygedig ystod eang o gyfuniadau o gryfder (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa a 2522 MPa) ac elongation (> 60%, 37%, 7.3% a 6.19%). Mae cryfder cynnyrch hefyd yn ffactor pwysig wrth ddewis deunyddiau ar gyfer cymwysiadau peirianneg uwch63,64. Yn hyn o beth, mae cyfansoddiadau'r HEA o'r ddyfais bresennol yn arddangos cyfuniad rhagorol o gryfder cnwd ac ehangiad. Mae hyn oherwydd bod ychwanegu SiC dwysedd isel yn arwain at gyfansoddion â chryfder cynnyrch penodol uchel. Mae cryfder cnwd penodol ac ehangiad cyfansoddion AAU yn yr un amrediad â HEA FCC ac HEA anhydrin, fel y dangosir yn Ffig. 11b. Mae caledwch a chryfder cnwd y cyfansoddion datblygedig yn yr un amrediad ag ar gyfer gwydrau metelaidd enfawr65 (Ffig. 11c). Nodweddir gwydrau metelaidd enfawr (BMS) gan galedwch uchel a chryfder cynnyrch, ond mae eu hymestyniad yn gyfyngedig66,67. Fodd bynnag, dangosodd caledwch a chryfder cynnyrch rhai o'r cyfansoddion AAU a ddatblygwyd yn yr astudiaeth hon hefyd ehangiad sylweddol. Felly, daethpwyd i'r casgliad bod gan y cyfansoddion a ddatblygwyd gan VEA gyfuniad unigryw y mae galw mawr amdano o briodweddau mecanyddol ar gyfer amrywiol gymwysiadau strwythurol. Gellir esbonio'r cyfuniad unigryw hwn o briodweddau mecanyddol gan y gwasgariad unffurf o garbidau caled a ffurfiwyd yn y fan a'r lle ym matrics AAU Cyngor Sir y Fflint. Fodd bynnag, fel rhan o'r nod o sicrhau gwell cyfuniad o gryfder, rhaid astudio a rheoli newidiadau microstrwythurol sy'n deillio o ychwanegu cyfnodau ceramig yn ofalus er mwyn osgoi diffygion castio, fel y rhai a geir mewn cyfansoddion S-5 a S-6, a hydwythedd. rhyw.
Cymharwyd canlyniadau'r astudiaeth hon â deunyddiau strwythurol amrywiol ac AAUau: (a) hiriad yn erbyn cryfder cnwd62, (b) straen cynnyrch penodol yn erbyn hydwythedd63 a (c) cryfder cnwd yn erbyn caledwch65.
Astudiwyd microstrwythur a phriodweddau mecanyddol cyfres o gyfansoddion ceramig HEA sy'n seiliedig ar system HEA CoCrFeNi ynghyd â SiC a daethpwyd i'r casgliadau canlynol:
Gellir datblygu cyfansoddion aloi entropi uchel yn llwyddiannus trwy ychwanegu SiC i CoCrFeNi HEA gan ddefnyddio'r dull toddi arc.
Mae SiC yn dadelfennu yn ystod toddi arc, gan arwain at ffurfio cyfnodau carbid, silicad a graffit yn y fan a'r lle, ac mae presenoldeb a ffracsiwn cyfaint yn dibynnu ar faint o SiC a ychwanegir at yr HEA sylfaenol.
Mae cyfansoddion AAU yn arddangos llawer o briodweddau mecanyddol rhagorol, gydag eiddo sy'n disgyn i ardaloedd gwag yn flaenorol ar y cryfder cnwd yn erbyn y llain ehangiad. Roedd cryfder cnwd y cyfansoddyn AAU a wnaed gan ddefnyddio 6 wt% SiC fwy nag wyth gwaith yn fwy nag HEA sylfaenol tra'n cynnal hydwythedd o 37%.
Mae caledwch a chryfder cynnyrch cyfansoddion AAU yn yr ystod o wydrau metelaidd swmp (BMG).
Mae'r canfyddiadau'n awgrymu bod cyfansoddion aloi entropi uchel yn ddull addawol o gyflawni cyfuniad rhagorol o briodweddau metel-mecanyddol ar gyfer cymwysiadau strwythurol uwch.
Amser postio: Gorff-12-2023