Структура, фазовые превращения и свойства высокоэнтропийных металлических сплавов на основе AlCrFeCoNiCu

• Автор: Ивченко, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Литературный обзор
1.1 Синтез, структура, фазовый состав и свойства многокомпонентных (близких к эквиатомным) сплавов
1.2 Особенности эквиатомных высокоэнтропийных сплавов на основе системы АЮгРеСоМЮи
1.3 Термодинамика высокоэнтропийных металлических систем
1.4 Методы быстрой закалки и их влияние на фазовый состав и микроструктуру синтезируемых материалов
1.4.1 Методы быстрой закалки
1.4.2 Методы разливки на охлаждающую поверхность
1.4.3 Методы распыления
1.4.4 Методы закалки «по типу сварки»
1.5 Методы интенсивной пластической деформации
1.6 Постановка задачи исследования
Глава 2. Материал и методики исследования
2.1. Материалы
2.2. Методы получения сплава
2.3. Методики подготовки образцов для микроструктурных исследований
2.4. Микроструктурные исследования
2.5. Методы измерения механических свойств
2.6. Методы измерения удельного электросопротивления и магнитной
восприимчивости
Глава 3. Особенности микроструктуры и свойств литых высокоэнтропийных эквиатомных сплавов АЮгРеСоЕПСи
3.1 Фазовый состав и микроструктура междендритных областей литого сплава АЮгЕеОМСи
3.2 Фазовый состав и микроструктура дендритов литого сплава А1СгЕеСо>ЛСи
3.3 Особенности распада и свойств литого сплава А1СгРеСо№Си при охлаждении до комнатной температуры
Краткие выводы по главе
Глава 4. Влияние сверхбыстрой закалки из расплава методом спиннингования на
микроструктуру, фазовый состав и свойства высокоэнтропийных сплавов
А1СгРеСо№Си
4.1. Микроструктура сплавов АЮгРсСоКПСи, быстрозакаленных методом спиннинга
4.2. Фазовый и химический состав и свойства быстрозакаленных методом спиннинга сплавов А1СгРеСо>ПСи
4.3. Особенности распада сплавов АГСгРеСоРЛСи, быстрозакаленных методом спиннинга
Краткие выводы по главе
Глава 5. Влияние сверхбыстрой закалки из расплава методом сплэтинга на микроструктуру, фазовый состав и свойства высокоэнтропийных сплавов АЮгРеСоМЮи
5.1. Микроструктура сплавов АЮгРеСоТМСи, быстрозакаленных методом сплэтинга
5.2 Фазовый и химический состав и свойства сплавов А1СгРсСо№Си, быстрозакаленных методом сплэтинга
5.3 Особенности распада сплавов АГСгРеСоРПСи, быстрозакаленных методом
сплэтинга
Краткие выводы по главе
Глава 6. Влияние мегапластической деформации кручением под высоким давлением на микроструктуру и фазовый состав высокоэнтропийных сплавов А1СгРеСо>ЛСи

6.1 Фазовый состав БЗР-сплава АІСгРеСоМСи после МПД кручением
6.2 Локальный химический состав в сплаве после МПД (п=5 оборотов)
6.3 Влияние отжига при 300 "С-2ч на локальный химический состав сплава после МПД
(п=5 оборотов)
Краткие выводы по главе
Глава 7. Особенности физических свойств и их связь со структурой высокоэнтропийного сплава АЮРеСоМСи, полученного сверхбыстрой закалкой из расплава методом спиннингования
7.1 Магнитные свойства БЗР-сплава АІСгРеСоІЧіСи
7.2 Электрические свойства БЗР-сплава АІСгРеСоТМіСи
7.3 Оптические свойства БЗР-сплава АЮРеСоГДСи
Краткие выводы по главе
Основные выводы
Список литерагуры

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования и степень се разработанности
Одной из фундаментальных и практически ориентиропанных задач физики конденсированных состояний и физического металловедения является разработка физических основ создания новых металлических материалов и технологий их получения с комплексом необходимых физико-механичесюгх и эксплуатационных характеристик, конструкционных и функциональных. Как известно, механические свойства материалов существенно зависят от их химического состава и особенностей кристаллоструктурного состояния, таких как структурный тип, размеры зерен, виды их границ, сорт, количество и распределение по размерам и объему включений избыточных фаз, плотность и дизайн дислокационной субструктуры и т.п. В последние два-три десятилетия было установлено, что значительное улучшение физикомеханических свойств металлических материалов может быть обеспечено за счет ультрамелкозернистой структуры (субмикро- и нанокристаллической и нанофазной). Были разработаны различные способы ее формирования, в том числе основанные на термических (включая быструю закалку из расплава) и термомеханических внешних воздействиях, применении различных сочетаний больших деформаций и отжигов. Они позволяют конструировать, используя механо- и термоиндуцирующие процессы, оптимальные структурные состояния и, управлять темн или иными свойствами таких материалов в широких пределах.
Вместе с тем, ключевым фактором создания материалов остается выбор их химического состава. Несмотря на весьма длительный период развития материаловедения как одного из наиболее важных направлений практической, а затем и научной деятельности человека, основой большинства существующих и, особенно, применяемых неорганических материалов является один и реже два или три металла. Среди них всего два-три десятка наиболее используемых металлов, таких как, железо, алюминий, медь, никель, титан, олово, свинец, цинк, магний, ниобий, цирконий, бериллий, а также благ ородные, тугоплавкие и другие металлы.
В 20 веке вследствие быстро нарастающих потребностей развивающейся промышленности в различных конструкционных и функциональных материалах непрерывно создавались новые технологии, и на их основе разрабатывались новые легированные стали и сплавы. Постепенно увеличивалось как число легирующих элементов, так и их доля в общей массе материалов. Некоторые марки сталей и сплавов, прежде всего, нержавеющих, жаропрочных, высокопрочных, уже содержали 4-5 контролируемых легирующих элементов массой до 30-40 %, высокопрочные алюминиевые сплавы — 3-4 элемента по массе до 10-15 %, латуни и бронзы — до 40 и 15 %, соответственно. В интерметаллидах, составляющих широкий класс атомноупорядоченных соединений на основе металлических элементов, напротив, использовались 2-3 материалообразугоццгх металла, но в большой концентрации: 25-75 % в

фазу системы; п — число переменных, характеризующих влияние внешних условий на равновесие системы [96].
Важно также отметить, что в высокоэнтропийных сплавах не только повышена тенденция к формированию простых (ГЦК, ОЦК, ГПУ) твердорастворных мультикомпонентных фаз, но и наблюдается формирование наноразмерных фаз. Рисунок 1.13 демонстрирует микроструктуру литого эквимолярного сплава А1СоСгСиГе№ [35]. На электронномикроскопических снимках, особенно темнопольном, видно большое количество нановыделений внутри зерен матрицы. В действительности нанофазы наблюдались в матрице высокоэнтропийных литых сплавов, если использовались соответствующие методы высокого разрешения и, прежде всего, просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ).
Рисунок 1.13. Микроструктуры литого сплава А1СоСгСиРе№, (а) в светлом поле, (б) в темном поле [35].
Образование наноразмерных выделений может быть связано с замедлением кинетики распада. В процессе диффузионно-контролируемых превращений в пересыщенной матрице путем зародышеобразования и роста формируются новые фазы, требующие совместной диффузии различных атомов. Можно полагать, что в высокоэнтропийных сплавах распад пересыщенных многокомпонентных растворов элементов замещения будет происходить, во-первых, в условиях образования очень большого количества зародышей, а во-вторых, в условиях их сильной конкуренции к последующему росту или, говоря иначе, заторможенной кинетики, что в итоге приведет к образованию многоэлементных нанофаз.