A CoCrFeNi egy jól tanulmányozott felületközpontú köbös (fcc) nagy entrópiájú ötvözet (HEA), kiváló alakíthatósággal, de korlátozott szilárdsággal.Ennek a tanulmánynak a középpontjában az ilyen HEA-k szilárdsága és rugalmassága egyensúlyának javítása áll különböző mennyiségű SiC hozzáadásával ívolvasztási módszerrel.Megállapították, hogy a króm jelenléte az alap-HEA-ban a SiC bomlását okozza az olvasztás során.Így a szabad szén és a króm kölcsönhatása króm-karbidok in situ képződéséhez vezet, míg a szabad szilícium oldatban marad az alap-HEA-ban és/vagy kölcsönhatásba lép az alap-HEA-t alkotó elemekkel, szilicideket képezve.A SiC tartalom növekedésével a mikroszerkezeti fázis a következő sorrendben változik: fcc → fcc + eutektikus → fcc + króm-karbid pehely → fcc + króm-karbid pehely + szilicid → fcc + króm-karbid pehely + szilicid + grafit golyók / grafit pehely.Az így kapott kompozitok a mechanikai tulajdonságok nagyon széles skáláját mutatják (a folyáshatár 277 MPa-tól 60%-os nyúlásnál 2522 MPa-ig 6%-os nyúlásnál) a hagyományos ötvözetekhez és a nagy entrópiájú ötvözetekhez képest.A kifejlesztett nagy entrópiájú kompozitok némelyike a mechanikai tulajdonságok kiváló kombinációját mutatja (folyószilárdság 1200 MPa, nyúlás 37%), és a folyási feszültség-nyúlás diagramon korábban elérhetetlen területeket foglalnak el.A figyelemre méltó nyúlás mellett a HEA kompozitok keménysége és folyáshatára ugyanabban a tartományban van, mint az ömlesztett fémüvegeké.Ezért úgy gondolják, hogy a nagy entrópiájú kompozitok fejlesztése elősegítheti a mechanikai tulajdonságok kiváló kombinációját a fejlett szerkezeti alkalmazásokhoz.
A nagy entrópiájú ötvözetek fejlesztése ígéretes új koncepció a kohászatban1,2.A nagy entrópiájú ötvözetek (HEA) számos esetben a fizikai és mechanikai tulajdonságok kiváló kombinációját mutatták be, beleértve a nagy termikus stabilitást3,4 szuperplasztikus nyúlást5,6fáradásállóságot7,8korrózióállóságot9,10,11, kiváló kopásállóságot12,13,14 ,15 és tribológiai tulajdonságok15 ,16,17 magas hőmérsékleten is18,19,20,21,22 és mechanikai tulajdonságok alacsony hőmérsékleten23,24,25.A HEA mechanikai tulajdonságainak kiváló kombinációját általában négy fő hatásnak tulajdonítják, nevezetesen a magas konfigurációs entrópiának26, az erős rácstorzításnak27, a lassú diffúziónak28 és a koktélhatásnak29.A HEA-kat általában FCC, BCC és HCP típusokba sorolják.Az FCC HEA jellemzően átmeneti elemeket tartalmaz, mint például Co, Cr, Fe, Ni és Mn, és kiváló alakíthatóságot mutat (még alacsony hőmérsékleten is25), de kis szilárdságú.A BCC HEA rendszerint nagy sűrűségű elemekből áll, mint például W, Mo, Nb, Ta, Ti és V, és nagyon nagy szilárdságú, de alacsony alakíthatósága és alacsony fajlagos szilárdsága30.
Vizsgálták a HEA megmunkáláson, termomechanikus feldolgozáson és elemek hozzáadásával alapuló mikroszerkezeti módosítását a mechanikai tulajdonságok legjobb kombinációjának elérése érdekében.A CoCrFeMnNi FCC HEA erős képlékeny deformációnak van kitéve nagynyomású csavarás hatására, ami a keménység (520 HV) és a szilárdság (1950 MPa) jelentős növekedéséhez vezet, de a nanokristályos mikrostruktúra kialakulása (~50 nm) rideggé teszi az ötvözetet31 .Azt találták, hogy az ikerképződmény (TWIP) és az átalakulás által kiváltott plaszticitás (TRIP) beépítése a CoCrFeMnNi HEA-kba jó munkaedzhetőséget biztosít, ami nagy szakítószilárdságot eredményez, bár a tényleges szakítószilárdsági értékek rovására.Alatta (1124 MPa) 32. A CoCrFeMnNi HEA-ban egy réteges (vékony deformált rétegből és egy deformálatlan magból álló) mikrostruktúra kialakulása lövöldözéssel a szilárdság növekedését eredményezte, de ez a javulás körülbelül 700 MPa-ra korlátozódott33.A szilárdság és a hajlékonyság legjobb kombinációjával rendelkező anyagok keresése során többfázisú HEA-k és eutektikus HEA-k kifejlesztését is vizsgálták nem izoatomos elemek hozzáadásával34,35,36,37,38,39,40,41.Valójában azt találták, hogy a kemény és lágy fázisok finomabb eloszlása az eutektikus, nagy entrópiájú ötvözetek esetében a szilárdság és a hajlékonyság viszonylag jobb kombinációjához vezethet35,38,42,43.
A CoCrFeNi rendszer egy széles körben vizsgált egyfázisú FCC nagy entrópiájú ötvözet.Ez a rendszer gyors keményedési tulajdonságokat44 és kiváló alakíthatóságot45,46 alacsony és magas hőmérsékleten egyaránt.Különféle kísérletek történtek a viszonylag alacsony szilárdságú (~300 MPa)47,48 javítására, beleértve a szemcsefinomítást25, a heterogén mikrostruktúrát49, a csapadékot50,51,52 és az átalakulás által kiváltott plaszticitást (TRIP)53.Az öntött homlokközpontú köbös HEA CoCrFeNi szemcsefinomítása hideghúzással, súlyos körülmények között körülbelül 300 MPa47,48-ról 1,2 GPa25-re növeli a szilárdságot, de több mint 60%-ról 12,6%-ra csökkenti a hajlékonyság veszteségét.Az Al hozzáadása a CoCrFeNi HEA-jához egy heterogén mikrostruktúra kialakulását eredményezte, amely folyáshatárát 786 MPa-ra, relatív nyúlását pedig körülbelül 22%-ra növelte49.CoCrFeNi HEA-t adtunk hozzá Ti és Al-val, hogy csapadékot képezzenek, ezáltal a csapadék erősödése, a folyáshatár 645 MPa-ra nőtt, a nyúlás 39%-ra51.A TRIP-mechanizmus (arcközpontú köbös → hexaéderes martenzites transzformáció) és az ikerpárosítás a CoCrFeNi HEA szakítószilárdságát 841 MPa-ra, a szakadási nyúlást pedig 76%-ra növelte53.
Kísérleteket tettek kerámia megerősítéssel a HEA felületközpontú köbös mátrixhoz, hogy olyan nagy entrópiájú kompozitokat fejlesszenek ki, amelyek a szilárdság és a hajlékonyság jobb kombinációját mutatják.A nagy entrópiájú kompozitokat vákuumív olvasztással44, mechanikai ötvözéssel45,46,47,48,52,53, szikraplazma szinterezéssel46,51,52, vákuum-melegsajtolással45, forró izosztatikus sajtolást47,48 és additív gyártási folyamatok fejlesztésével dolgozták fel43, 50.A karbidokat, oxidokat és nitrideket, mint például a WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 és Y2O351 kerámiaerősítőként használták a HEA kompozitok fejlesztése során.A megfelelő HEA mátrix és kerámia kiválasztása különösen fontos egy erős és tartós HEA kompozit tervezésénél és fejlesztésénél.Ebben a munkában a CoCrFeNi-t választottuk mátrixanyagként.Különféle mennyiségű SiC-t adtak a CoCrFeNi HEA-hoz, és vizsgálták ezek hatását a mikroszerkezetre, a fázisösszetételre és a mechanikai tulajdonságokra.
A HEA kompozitok előállításához nagy tisztaságú fémeket Co, Cr, Fe és Ni (99,95 tömeg%), valamint SiC port (tisztaság 99%, -400 mesh) használtak elemi részecskék formájában.A CoCrFeNi HEA izoatomikus összetételét először egy félgömb alakú, vízhűtéses rézformába helyeztük, majd a kamrát 3·10-5 mbar nyomásra evakuáltuk.Az ívolvasztáshoz szükséges vákuum eléréséhez nagy tisztaságú argongázt vezetnek be nem fogyó wolframelektródákkal.A kapott tuskókat megfordítják és ötször újraolvasztják, hogy biztosítsák a jó homogenitást.Különböző összetételű, nagy entrópiájú kompozitokat állítottunk elő úgy, hogy bizonyos mennyiségű SiC-t adtunk az így létrejövő egyenlő atomos CoCrFeNi gombokhoz, amelyeket minden esetben ötszörös inverzióval és újraolvasztással homogenizáltunk.A kapott kompozitból öntött gombot EDM-mel vágtuk ki további tesztelés és jellemzés céljából.A mikroszerkezeti vizsgálatokhoz szükséges mintákat standard metallográfiai módszerekkel készítettem elő.Először a mintákat fénymikroszkóppal (Leica Microscope DM6M) vizsgáltuk a Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) szoftverrel kvantitatív fáziselemzés céljából.Három, különböző területeken készült, körülbelül 27 000 µm2 összterületű képet választottunk ki a fázisanalízishez.További részletes mikroszerkezeti vizsgálatok, beleértve a kémiai összetétel elemzését és az elemeloszlás analízisét, pásztázó elektronmikroszkóppal (JEOL JSM-6490LA) készültek, amely energiadiszperzív spektroszkópiai (EDS) elemző rendszerrel volt felszerelve.A HEA kompozit kristályszerkezetének jellemzését röntgendiffrakciós rendszerrel (Bruker D2 phase shifter) végeztük CuKα forrás felhasználásával, 0,04° lépésszámmal.A mikroszerkezeti változások hatását a HEA kompozitok mechanikai tulajdonságaira Vickers mikrokeménységi tesztekkel és kompressziós tesztekkel vizsgáltuk.A keménységvizsgálathoz 500 N terhelést kell alkalmazni 15 másodpercig, próbadarabonként legalább 10 bemélyedéssel.A HEA kompozitok kompressziós vizsgálatát szobahőmérsékleten téglalap alakú próbatesteken (7 mm × 3 mm × 3 mm) hajtottuk végre egy Shimadzu 50KN univerzális vizsgálógépen (UTM) 0,001/s kezdeti alakváltozási sebességgel.
A nagy entrópiájú kompozitokat (a továbbiakban S-1-S-6 mintáknak nevezzük) úgy állítottuk elő, hogy 3%, 6%, 9%, 12%, 15% és 17% SiC-ot (mindegyik tömeg%) adtunk egy CoCrFeNi mátrixhoz. .illetőleg.A referenciamintára, amelyhez nem adtak SiC-t, a továbbiakban S-0 mintának nevezzük.A kifejlesztett HEA kompozitok optikai mikroszkópos felvételei a 1-1.1. ábra, ahol a különböző adalékanyagok hozzáadásával a CoCrFeNi HEA egyfázisú mikrostruktúrája sok különböző morfológiájú, méretű és eloszlású fázisból álló mikrostruktúrává alakult.A SiC mennyisége a készítményben.Az egyes fázisok mennyiségét képelemzésből határoztuk meg a LAS Phase Expert szoftverrel.Az 1. ábra beszúrása (jobbra fent) egy példaterületet mutat ehhez az elemzéshez, valamint az egyes fáziskomponensek területrészét.
A kifejlesztett nagy entrópiájú kompozitok optikai mikroképei: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 és (f) C- 6.A beillesztés egy példát mutat a kontrasztalapú képfázis-elemzés eredményeire a LAS Phase Expert szoftverrel.
ábrán látható módon.Az 1a. ábrán a C-1 kompozit mátrixtérfogatai között kialakult eutektikus mikrostruktúra látható, ahol a mátrix és az eutektikus fázis mennyiségét 87,9 ± 0,47%-ra, illetve 12,1% ± 0,51%-ra becsülik.Az 1b. ábrán látható kompozitban (C-2) a megszilárdulás során eutektikus reakciónak semmi jele, a C-1 kompozitétól teljesen eltérő mikrostruktúra figyelhető meg.A C-2 kompozit mikroszerkezete viszonylag finom, vékony lemezekből (karbidokból) áll, amelyek egyenletesen oszlanak el a mátrix fázisban (fcc).A mátrix és a karbid térfogatrészét 72 ± 1,69%-ra, illetve 28 ± 1,69%-ra becsülik.A mátrixon és a karbidon kívül egy új fázist (szilicidet) találtak a C-3 kompozitban, amint az az 1c. ábrán látható, ahol az ilyen szilicid-, karbid- és mátrixfázisok térfogati hányadát körülbelül 26,5%-ra becsülik. 0,41%, 25,9 ± 0,53, illetve 47,6 ± 0,34.Egy másik új fázis (grafit) is megfigyelhető volt a C-4 kompozit mikroszerkezetében;összesen négy fázist azonosítottak.A grafitfázis kifejezetten gömb alakú, sötét kontraszttal az optikai képeken, és csak kis mennyiségben van jelen (a becsült térfogathányad csak körülbelül 0,6 ± 0,30%).A C-5 és C-6 kompozitokban csak három fázist azonosítottak, és ezekben a kompozitokban a sötét kontrasztos grafitfázis pelyhek formájában jelenik meg.A Composite S-5 grafitpelyheihez képest a Composite S-6 grafitpelyhei szélesebbek, rövidebbek és szabályosabbak.A grafittartalom megfelelő növekedését is megfigyelték a C-5 kompozit 14,9 ± 0,85%-áról körülbelül 17,4 ± 0,55%-ra a C-6 kompozitban.
A HEA kompozit egyes fázisainak részletes mikroszerkezetének és kémiai összetételének további vizsgálatához a mintákat SEM segítségével vizsgáltuk, valamint EMF pontanalízist és kémiai térképezést is végeztünk.A C-1 kompozit eredményeit az 1. ábra mutatja.2, ahol jól látható a fő mátrixfázis régióit elválasztó eutektikus keverékek jelenléte.A C-1 kompozit kémiai térképe a 2c. ábrán látható, ahol látható, hogy a Co, Fe, Ni és Si egyenletesen oszlik el a mátrix fázisban.A mátrixfázisban azonban kis mennyiségű Cr-t találtak az alap-HEA többi eleméhez képest, ami arra utal, hogy a Cr kidiffundált a mátrixból.A SEM képen látható fehér eutektikus fázis összetétele krómban és szénben gazdag, ami azt jelzi, hogy króm-karbidról van szó.A diszkrét SiC részecskék hiánya a mikrostruktúrában, a mátrix megfigyelt alacsony krómtartalmával és a krómban gazdag fázisokat tartalmazó eutektikus keverékekkel kombinálva a SiC teljes bomlását jelzi az olvadás során.A SiC bomlása következtében a szilícium feloldódik a mátrixfázisban, és a szabad szén a krómmal kölcsönhatásba lépve krómkarbidokat képez.Mint látható, az EMF módszerrel kvalitatívan csak a szenet határoztuk meg, a fázisképződést pedig a röntgendiffrakciós mintákban jellemző karbidcsúcsok azonosítása igazolta.
(a) SEM képe az S-1 mintáról, (b) nagyított kép, (c) elemtérkép, (d) EMF eredmények a jelzett helyeken.
A C-2 kompozit elemzését az 1. ábra mutatja.3. Az optikai mikroszkópos vizsgálathoz hasonlóan a SEM vizsgálat is csak két fázisból álló finom szerkezetet mutatott ki, a szerkezetben egyenletesen eloszló vékony lamellás fázis jelenlétében.mátrix fázis, és nincs eutektikus fázis.A lamelláris fázis elemeloszlási és EMF-pontanalízise viszonylag magas Cr (sárga) és C (zöld) tartalmat mutatott ki ebben a fázisban, ami ismét a SiC olvadás közbeni bomlására, valamint a felszabaduló szén kölcsönhatására utal a krómhatással. .A VEA mátrix lemezes karbid fázist képez.Az elemek eloszlása és a mátrix fázis pontanalízise azt mutatta, hogy a kobalt, vas, nikkel és szilícium nagy része a mátrix fázisban van jelen.
(a) SEM képe az S-2 mintáról, (b) felnagyított kép, (c) elemtérkép, (d) EMF eredmények a jelzett helyeken.
A C-3 kompozitok SEM-vizsgálatai a karbid- és mátrixfázisok mellett új fázisok jelenlétét is feltárták.Az elemtérkép (4c. ábra) és az EMF-pontelemzés (4d. ábra) azt mutatják, hogy az új fázis gazdag nikkelben, kobaltban és szilíciumban.
(a) SEM képe az S-3 mintáról, (b) felnagyított kép, (c) elemtérkép, (d) EMF eredmények a jelzett helyeken.
A C-4 kompozit SEM- és EMF-analízisének eredményeit az 1-1.5. A C-3 kompozitban megfigyelt három fázison kívül grafit csomók jelenlétét is kimutattuk.A szilíciumban gazdag fázis térfogati hányada is nagyobb, mint a C-3 kompozité.
(a) SEM képe az S-4 mintáról, (b) nagyított kép, (c) elemtérkép, (d) EMF eredmények a jelzett helyeken.
Az S-5 és S-6 kompozitok SEM és EMF spektrumainak eredményeit az 1. és 2. 6. és 7. ábra mutatja.A kis számú gömb mellett grafitpelyhek jelenlétét is megfigyelték.A C-6 kompozitban mind a grafitpelyhek száma, mind a szilíciumtartalmú fázis térfogathányada nagyobb, mint a C-5 kompozitban.
(a) SEM képe a C-5 mintáról, (b) nagyított nézet, (c) elemi térkép, (d) EMF eredmények a jelzett helyeken.
(a) SEM képe az S-6 mintáról, (b) nagyított kép, (c) elemtérkép, (d) EMF eredmények a jelzett helyeken.
A HEA kompozitok kristályszerkezetének jellemzését is elvégeztük XRD mérésekkel.Az eredményt a 8. ábra mutatja. Az alap WEA diffrakciós mintájában (S-0) csak az fcc fázisnak megfelelő csúcsok láthatók.A C-1, C-2 és C-3 kompozitok röntgendiffrakciós mintázatai a króm-karbidnak (Cr7C3) megfelelő további csúcsok jelenlétét mutatták ki, és ezek intenzitása alacsonyabb volt a C-3 és C-4 minták esetében, ami arra utalt. hogy ezekre a mintákra vonatkozó EMF adatokkal is.A Co/Ni szilicideknek megfelelő csúcsokat figyeltünk meg az S-3 és S-4 mintákban, ami ismét összhangban van a 2. és 3. ábrán látható EDS-térképezési eredményekkel. A 3. és 4. ábra szerint 5 és S-6 csúcsokat figyeltünk meg. grafitnak felel meg.
A kifejlesztett kompozitok mikroszerkezeti és krisztallográfiai jellemzői a hozzáadott SiC bomlását jelezték.Ennek oka a króm jelenléte a VEA-mátrixban.A krómnak nagyon erős affinitása van az 54,55 szénatomhoz, és a szabad szénnel reagálva karbidokat képez, amint azt a mátrix krómtartalmának megfigyelt csökkenése jelzi.A SiC56 disszociációja miatt a Si átmegy az fcc fázisba.Így a SiC hozzáadásának növekedése az alap-HEA-hoz a karbid fázis és a szabad Si mennyiségének növekedéséhez vezetett a mikrostruktúrában.Megállapítást nyert, hogy ez a további Si kis koncentrációban rakódik le a mátrixban (S-1 és S-2 kompozitokban), míg magasabb koncentrációknál (S-3-S-6 kompozitok) további kobaltlerakódást eredményez/.nikkel szilicid.A Co- és Ni-szilicidek standard képződési entalpiája, amelyet közvetlen szintézises magas hőmérsékletű kalorimetriával kapunk, -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 a Co2Si, CoSi és CoSi2 esetében, míg ezek az értékek – 50,6 ± 1,7 és – 45,1 ± 1,4 kJ mol-157 a Ni2Si és Ni5Si2 esetében.Ezek az értékek alacsonyabbak, mint a SiC képződéshője, ami azt jelzi, hogy a SiC Co/Ni szilicidek képződéséhez vezető disszociációja energetikailag kedvező.Mind az S-5, mind az S-6 kompozitokban további szabad szilícium volt jelen, amely a szilicid képződésen túl abszorbeálódott.Úgy találták, hogy ez a szabad szilícium hozzájárul a hagyományos acéloknál megfigyelt grafitosításhoz58.
A kifejlesztett, HEA alapú kerámia erősítésű kompozitok mechanikai tulajdonságait tömörítési és keménységi vizsgálatokkal vizsgálják.A kifejlesztett kompozitok feszültség-nyúlás görbéit a 1-1.A 9a. ábra pedig a fajlagos folyáshatár, folyáshatár, keménység és a kifejlesztett kompozitok nyúlása közötti szóródási diagramot mutatja a 9b.
(a) Nyomó alakváltozási görbék és (b) fajlagos folyási feszültséget, folyáshatárt, keménységet és nyúlást mutató szórásdiagramok.Vegye figyelembe, hogy csak az S-0-tól S-4-ig terjedő minták láthatók, mivel az S-5 és S-6 minták jelentős öntési hibákat tartalmaznak.
ábrán látható módon.A 9. ábrán a folyáshatár 136 MPa-ról az alap VES (C-0) esetében 2522 MPa-ra nőtt a C-4 kompozit esetében.Az alap WPP-hez képest az S-2 kompozit nagyon jó, körülbelül 37%-os nyúlást mutatott a meghibásodásig, és lényegesen magasabb folyáshatárt (1200 MPa) is mutatott.Ennek a kompozitnak a szilárdságának és hajlékonyságának kiváló kombinációja az általános mikrostruktúra javulásának köszönhető, beleértve a finom karbid lamellák egyenletes eloszlását a mikroszerkezetben, ami várhatóan gátolja a diszlokáció mozgását.A C-3 és C-4 kompozitok folyáshatára 1925 MPa, illetve 2522 MPa.Ezek a nagy folyáshatárok a cementált karbid és szilicid fázisok nagy térfogatarányával magyarázhatók.Azonban ezen fázisok jelenléte is csak 7%-os szakadási nyúlást eredményezett.A CoCrFeNi HEA (S-0) és S-1 alapkompozitok feszültség-nyúlás görbéi konvexek, jelezve az ikerintézmény vagy a TRIP59,60 aktiválását.Az S-1 mintához képest az S-2 minta feszültség-nyúlás görbéje körülbelül 10,20%-os nyúlásnál konkáv alakú, ami azt jelenti, hogy ebben a deformált állapotban a normál diszlokációs csúszás a minta fő deformációs módja60,61 .A keményedési sebesség azonban ennél a próbatestnél nagy alakváltozási tartományban is magas marad, és nagyobb nyúlásoknál is látható az átmenet a domborúság felé (bár nem zárható ki, hogy ennek oka a kenett nyomóterhelések meghibásodása).).A C-3 és C-4 kompozitok csak korlátozott plaszticitásúak, mivel a mikroszerkezetben nagyobb térfogatú karbidok és szilicidek vannak jelen.A C-5 és C-6 kompozit minták tömörítési vizsgálatát nem végezték el, mivel ezeken a kompozitmintákon jelentős öntési hibák voltak (lásd 10. ábra).
Öntési hibák sztereomikrográfiája (piros nyilakkal jelölve) a C-5 és C-6 kompozit mintákon.
A VEA kompozitok keménységének mérési eredményeit az 1-1.9b.Az alap WEA keménysége 130±5 HV, az S-1, S-2, S-3 és S-4 minták keménysége 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV és 755±20 HV.A keménység növekedése jó összhangban volt a nyomószilárdsági vizsgálatok során kapott folyáshatár változásával, és a kompozit szilárdanyag-mennyiségének növekedésével járt együtt.ábrán látható az egyes minták célösszetétele alapján számított fajlagos folyáshatár is.9b.Általában a folyáshatár (1200 MPa), a keménység (275 ± 10 HV) és a meghibásodásig tartó relatív nyúlás (~37%) legjobb kombinációja a C-2 kompozit esetében figyelhető meg.
A kifejlesztett kompozit folyáshatárának és relatív nyúlásának összehasonlítása különböző osztályú anyagokkal a 11a. ábrán látható.Ebben a vizsgálatban a CoCrFeNi-n alapuló kompozitok nagy nyúlást mutattak bármely adott feszültségi szinten62.Az is látható, hogy a jelen tanulmányban kidolgozott HEA kompozitok tulajdonságai a folyáshatár és a nyúlás görbéjének korábban nem foglalt tartományában rejlenek.Ezenkívül a kifejlesztett kompozitok a szilárdság (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa és 2522 MPa) és a nyúlás (>60%, 37%, 7,3% és 6,19%) kombinációinak széles skáláját kínálják.A folyáshatár a fejlett mérnöki alkalmazásokhoz szükséges anyagok kiválasztásánál is fontos tényező63,64.Ebben a tekintetben a jelen találmány szerinti HEA kompozitok a folyáshatár és a nyúlás kiváló kombinációját mutatják.Ennek az az oka, hogy az alacsony sűrűségű SiC hozzáadása nagy fajlagos folyáshatárú kompozitokat eredményez.A HEA kompozitok fajlagos folyáshatára és nyúlása ugyanabban a tartományban van, mint a HEA FCC és a tűzálló HEA, amint az a 11b. ábrán látható.A kifejlesztett kompozitok keménysége és folyáshatára ugyanabban a tartományban van, mint a masszív fémüvegeknél65 (11c. ábra).A masszív fémüvegeket (BMS) nagy keménység és folyáshatár jellemzi, de nyúlásuk korlátozott66,67.Azonban néhány, ebben a vizsgálatban kifejlesztett HEA kompozit keménysége és folyáshatára is jelentős nyúlást mutatott.Így arra a következtetésre jutottak, hogy a VEA által kifejlesztett kompozitok a mechanikai tulajdonságok egyedi és keresett kombinációjával rendelkeznek a különböző szerkezeti alkalmazásokhoz.A mechanikai tulajdonságoknak ez az egyedülálló kombinációja az FCC HEA mátrixban in situ képződött kemény karbidok egyenletes diszperziójával magyarázható.A szilárdság jobb kombinációjának elérése érdekében azonban gondosan tanulmányozni és ellenőrizni kell a kerámiafázisok hozzáadása következtében fellépő mikroszerkezeti változásokat, hogy elkerüljük az öntési hibákat, például az S-5 és S-6 kompozitokban előforduló hibákat, és hajlékonyság.neme.
Ennek a vizsgálatnak az eredményeit különböző szerkezeti anyagokkal és HEA-kkal hasonlították össze: (a) a nyúlás a folyáshatár függvényében62, (b) a fajlagos folyási feszültség a rugalmasság függvényében63 és (c) a folyáshatár és a keménység65.
A HEA CoCrFeNi rendszeren, SiC hozzáadásával készült HEA-kerámia kompozit sorozat mikroszerkezetét és mechanikai tulajdonságait tanulmányozták, és a következő következtetéseket vonták le:
A nagy entrópiájú ötvözetből készült kompozitok sikeresen fejleszthetők SiC hozzáadásával a CoCrFeNi HEA-hoz ívolvasztási módszerrel.
A SiC az ívolvadás során lebomlik, ami in situ karbid-, szilicid- és grafitfázisok képződéséhez vezet, amelyek jelenléte és térfogati hányada az alap-HEA-hoz hozzáadott SiC mennyiségétől függ.
A HEA kompozitok számos kiváló mechanikai tulajdonságot mutatnak, olyan tulajdonságokkal, amelyek a folyáshatár és a nyúlás görbén korábban nem foglalt területekre esnek.A 6 tömeg% szilícium-karbonát felhasználásával készült HEA kompozit folyáshatára több mint nyolcszorosa volt az alap HEA-énak, miközben megtartotta a 37%-os rugalmasságot.
A HEA kompozitok keménysége és folyáshatára az ömlesztett fémüvegek (BMG) tartományába esik.
Az eredmények arra utalnak, hogy a nagy entrópiájú ötvözetből készült kompozitok ígéretes megközelítést jelentenek a fémmechanikai tulajdonságok kiváló kombinációjának eléréséhez a fejlett szerkezeti alkalmazásokhoz.
Feladás időpontja: 2023.07.12