ТЕХНОЛОГІЧНІ ВИСОКОЕНТРОПІЙНІ СПЛАВИ — ПЕРСПЕКТИВНИЙ КЛАС КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ: Procesi littâ, 2023, Vol 4 (154), 58-68

Т.Л.  Кузнєцова; Н.П.  Бродніковський

doi:10.15407/plit2023.04.058

Автор(и)

Т.Л. Кузнєцова Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (Київ, Україна)
Н.П. Бродніковський Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (Київ, Україна)

DOI:

https://doi.org/10.15407/plit2023.04.058

Ключові слова:

високоентропійні сплави, особливості кристалізації, жароміцність, технологічність, інтервал кристалізації, дендритна ліквація

Анотація

Встановлено фізико-хімічні передумови розробки нового перспективного класу технологічних конструкційних високоентропійних сплавів (ВЕСів). Вибір складу зумовлений взаємозв’язком між атомно-фізичними властивостями елементів сплавів, характерними для створення високоентропійних сплавів, ентальпією змішування, складом і діаграмами стану компонентів сплавів у поєднанні з особливостями кристалізації сплавів — як за рахунок легування компонентами, які сприяли б оптимізації технологічних і теплофізичних характеристик сплавів без суттєвого погіршення заданих експлуатаційних властивостей, так і за рахунок управління формуванням дрібнокристалічної литої структури термофізичними методами. Показано, що «ентропійний» підхід, запропонований багатьма авторами для конструювання ВЕСів із заданими властивостями, не може вирішити проблему без підбору конкретного якісного й кількісного фізико-хімічного поєднання елементів сплаву з урахуванням впливу великої кількості факторів і в першу чергу технологічного. Спроби зберегти невпорядковані тверді розчини у ВЕСах за рахунок підвищеної швидкості охолодження для більшості ВЕСів не дали результатів, оскільки більшість ВЕСів не технологічні, характеризуються широким інтервалом кристалізації й особливими теплофізичними характеристиками (пониженою теплопровідністю при підвищеній теплоємкості), що не дають можливості збільшувати швидкість кристалізації, навіть при надвисокій швидкості охолодження. Для розробки технологічних ВЕСів рекомендовано методику комплексного дослідження основних параметрів технологічності високоентропійних сплавів та обумовлено фізико-хімічні передумови створення нового класу технологічних ВЕСів
підвищеної жароміцності, жаростійкості, що є більш перспективними для промислового призначення. Методика експериментально випробувана при одержанні технологічного сплаву на базі перспективного ВЕСу системи Nb–Ti–Al, легованого Сr, Zr, Mo, Si.

Біографії авторів

Т.Л. Кузнєцова, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (Київ, Україна)

канд. техн. наук

Н.П. Бродніковський, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (Київ, Україна)

канд. фіз.-мат. наук

Посилання

Podrebnjyak A.D., Bagdasaryan A.A., Vakushchenko I.V., Beresnev V.M. (2014). Structure and properties of high-entropy alloys and nitride coatings based on them. Advances in Chemistry, 83 (11). Pp. 1027–1061 [іn Russian].

Yong Zhang, Ting Ting Zuo, Zhi Tang, Michael C. Gao, Karin A. Dahmen e, Peter K. Liaw, Zhao Ping Lu. ( 2014) Microstructures and properties of high-entropy alloys. Progress in Materials Science, 61, Pp. 1–93.

Y.F. Ye, Q. Wang, J. Lu, C.T. Liu and Y. Yang. ( 2016). High-entropy alloy: challenges and prospects. Materials Today. Vol. 19, № 6. Pp. 21–38.

Dreval L.A., Agrawal P.G., Turchanin M.A. (2014). High-entropy alloys as materials based on many basic elements. Bulletin of the Donbas State Machine-Building Academy. No.1. Pp. 58–64 [іn Ukraine].

Firstov S.A., Gorban V.F., Nettle N.A., Pechkovsky E.P., Danilenko N.I., Karpets M.V. (2009). Mechanical properties of cast multicomponent alloys at high temperatures. Modern problems of physical materials science. Sat. scientific tr. Kyiv: IPM NAS of Ukraine. Vol. 18. Pp. 140–147 [іn Russian].

Frenkel Ya.I. (1968).Introduction to the theory of metals. M. Metallurgy, 211p. [In Russian].

Zhang Y., Zhou Y. J.,. Lin J. P. (2008) Solid-solution phase formation rules for multicomponent alloys. Advanced engineering materials. V. 10, No. 6. Pp. 534–538.

Firstov S. A., Rogul T. G., Krapivka N. A. (2013). The effect of crystallization rate on the structure, phase composition and hardness of a high-entropy AlTiVCrNbMo alloy. Deformation and destruction of materials. No.10. Pp. 8–15 [іn Russian].

Ivchenko M.V., Kourov N.I., Pushin V.G., Uksusnikov A.N., Wanderka N. (2014). Highentropy alloys of the Al–Co–Cr–Cu–Fe–Ni system obtained by ultrafast melt cooling. Journal of Technical Physics, vol. 84, No.2. Pp. 57–69 [іn Russian].

Rakitsky A.N., Yakimenko I.L., Kravchenko V.S. (2003). Refinement of the structure of castings from chromium alloys during crystallization due to low- and high-frequency vibrations. Casting processes. No 2. Pp. 81–86 [іn Ukraine].

Senkov O.N., Scott J.M., Senkov S.V., Miracle D.B., Woodward C.F. (2011) Microstructure and room temperature properties of a high-entropy TaNbHfZrTi alloy. J. of Alloys and Compounds. V. 509. Pp. 6043–6048.

Firstov S. A., Rogul T. G., Krapivka N. A. (2013). Solid-solution hardening of high-entropy alloy AlTiVCrNbMo. Deformation and destruction of materials. No. 2. Pp. 9–16 [іn Russian].

Kuznetsova T.L., Brodnikovsky M.P., Rokytska O.A., Krapivka M.O. (2018). Particularity of formation the cast structure of multi-component niobium alloys Nb-Ti-Al system alloing by Cr, Zr, Mo and Si. Metal Science and Treatment of Metals. No. 3, Pp. 56–61 [іn Ukraine].

Kuznetsova T.L., Brodnikovsky M.P., Krapivka M.O. (2018). Improving the technologability of promising multi-component niobium alloys the Nb–Ti–Al system alloing by Cr, Zr, Mo and Si. Casting processes. No 5. Pp. 72–78 [іn Ukraine].