CoCrFeNi yaxshi o'rganilgan yuz markazli kubik (fcc) yuqori entropiyali qotishma (HEA) bo'lib, mukammal egiluvchanlikka ega, ammo cheklangan quvvatga ega.Ushbu tadqiqotning asosiy maqsadi yoyni eritish usuli yordamida har xil miqdordagi SiC qo'shish orqali bunday HEAlarning mustahkamligi va egiluvchanligi muvozanatini yaxshilashga qaratilgan.Aniqlanishicha, HEA asosida xromning mavjudligi erish jarayonida SiC ning parchalanishiga olib keladi.Shunday qilib, erkin uglerodning xrom bilan o'zaro ta'siri o'z joyida xrom karbidlarini hosil bo'lishiga olib keladi, erkin kremniy esa asosiy HEAda eritmada qoladi va/yoki asosiy HEA ni tashkil etuvchi elementlar bilan o'zaro ta'sirlanib, silisidlar hosil qiladi.SiC miqdori ortib borishi bilan mikro tuzilma fazasi quyidagi ketma-ketlikda o'zgaradi: fcc → fcc + evtektik → fcc + xrom karbid parchalari → fcc + xrom karbid parchalari + silisid → fcc + xrom karbid parchalari + silisid + grafit sharlari / grafit yoriqlari.Olingan kompozitsiyalar an'anaviy qotishmalar va yuqori entropiyali qotishmalar bilan solishtirganda juda keng mexanik xususiyatlarni namoyish etadi (60% dan ortiq cho'zilishda 277 MPa dan 6% cho'zilishda 2522 MPa gacha) oqadi.Ishlab chiqilgan yuqori entropiyali kompozitlarning ba'zilari mexanik xususiyatlarning ajoyib kombinatsiyasini ko'rsatadi (oqimdorligi 1200 MPa, cho'zilish 37%) va rentabellik kuchlanishi-uzayish diagrammasida ilgari erishib bo'lmaydigan hududlarni egallaydi.Ajoyib cho'zilishdan tashqari, HEA kompozitlarining qattiqligi va oquvchanligi quyma metall oynalar bilan bir xil diapazonda.Shu sababli, yuqori entropiyali kompozitlarning rivojlanishi ilg'or strukturaviy ilovalar uchun mexanik xususiyatlarning ajoyib kombinatsiyasiga erishishga yordam beradi, deb ishoniladi.
Yuqori entropiyali qotishmalarni ishlab chiqish metallurgiyada istiqbolli yangi tushunchadir1,2.Yuqori entropiyali qotishmalar (HEA) bir qator hollarda fizik va mexanik xususiyatlarning ajoyib kombinatsiyasini ko'rsatdi, jumladan, yuqori termal barqarorlik3,4 superplastik cho'zilish5,6 charchoqqa chidamlilik7,8 korroziyaga chidamlilik9,10,11, mukammal aşınma qarshilik12,13,14 ,15 va tribologik xossalari15 ,16,17 yuqori haroratlarda ham18,19,20,21,22 va past haroratlarda mexanik xossalari23,24,25.HEAdagi mexanik xususiyatlarning ajoyib kombinatsiyasi odatda to'rtta asosiy effektga, ya'ni yuqori konfiguratsion entropiya26, kuchli panjara buzilishi27, sekin diffuziya28 va kokteyl effekti29 bilan bog'liq.HEA odatda FCC, BCC va HCP turlari sifatida tasniflanadi.FCC HEA odatda Co, Cr, Fe, Ni va Mn kabi o'tish elementlarini o'z ichiga oladi va mukammal egiluvchanlikni (past haroratda ham25), lekin past kuchga ega.BCC HEA odatda W, Mo, Nb, Ta, Ti va V kabi yuqori zichlikdagi elementlardan iborat bo'lib, juda yuqori quvvatga ega, lekin past egiluvchanlik va past o'ziga xos kuchga ega30.
Mexanik xususiyatlarning eng yaxshi kombinatsiyasini olish uchun ishlov berish, termomexanik ishlov berish va elementlarni qo'shish asosida HEA ning mikrostrukturaviy modifikatsiyasi o'rganildi.CoCrFeMnNi FCC HEA yuqori bosimli buralish natijasida qattiq plastik deformatsiyaga uchraydi, bu qattiqlik (520 HV) va kuchning (1950 MPa) sezilarli darajada oshishiga olib keladi, ammo nanokristalli mikro tuzilmaning rivojlanishi (~ 50 nm) qotishmani mo'rt qiladi31 .CoCrFeMnNi HEAlarga egizak egiluvchanligi (TWIP) va transformatsiyadan kelib chiqadigan plastisiyaning (TRIP) qo'shilishi, haqiqiy kuchlanish qiymatlari hisobiga bo'lsa-da, yuqori cho'zilish egiluvchanligiga olib keladigan yaxshi qattiqlashuvni ta'minlashi aniqlandi.Pastda (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEAda shot peening yordamida qatlamli mikrostruktura (ingichka deformatsiyalangan qatlam va deformatsiyalanmagan yadrodan iborat) shakllanishi kuchning oshishiga olib keldi, ammo bu yaxshilanish taxminan 700 MPa33 bilan chegaralangan.Kuchlilik va egiluvchanlikning eng yaxshi kombinatsiyasiga ega bo'lgan materiallarni izlashda izoatomik bo'lmagan elementlarning qo'shilishidan foydalangan holda ko'p fazali HEA va evtektik HEAlarni ishlab chiqish ham o'rganildi34,35,36,37,38,39,40,41.Haqiqatan ham, evtektik yuqori entropiyali qotishmalarda qattiq va yumshoq fazalarning nozikroq taqsimlanishi kuch va egiluvchanlikning nisbatan yaxshiroq kombinatsiyasiga olib kelishi mumkinligi aniqlandi35,38,42,43.
CoCrFeNi tizimi keng o'rganilgan bir fazali FCC yuqori entropiyali qotishma hisoblanadi.Bu tizim past va yuqori haroratlarda tez ish qattiqlashuv xususiyatlarini44 va mukammal egiluvchanligini45,46 namoyish etadi.Uning nisbatan past kuchini (~300 MPa)47,48 yaxshilash uchun turli xil urinishlar qilingan, shu jumladan donni tozalash25, heterojen mikrostruktura49, yog'ingarchilik50,51,52 va transformatsiyadan kelib chiqqan plastisiya (TRIP)53.Quyma yuz markazli kubik HEA CoCrFeNi ning og'ir sharoitlarda sovuq tortish yo'li bilan donini tozalash quvvatni taxminan 300 MPa47,48 dan 1,2 GPa25 gacha oshiradi, lekin egiluvchanlikni yo'qotishni 60% dan 12,6% gacha kamaytiradi.CoCrFeNi ning HEA ga Al qo'shilishi natijasida heterojen mikro tuzilma hosil bo'ldi, bu uning oquvchanligini 786 MPa ga va nisbiy uzayishini taxminan 22% ga oshirdi49.CoCrFeNi HEA Ti va Al bilan cho'kma hosil qilish uchun qo'shildi va shu bilan yog'ingarchilikning mustahkamlanishini hosil qildi, uning hosildorligini 645 MPa ga va cho'zilishi 39% ga oshirdi51.TRIP mexanizmi (yuz markazlashtirilgan kubik → heksahedral martensitik transformatsiya) va egizaklik CoCrFeNi HEA ning kuchlanish kuchini 841 MPa ga va uzilishdagi cho'zilishni 76% ga oshirdi53.
Kuch va egiluvchanlikning yaxshiroq kombinatsiyasini namoyish eta oladigan yuqori entropiyali kompozitlarni ishlab chiqish uchun HEA yuzi markazlashtirilgan kubik matritsaga keramik armatura qo'shishga urinishlar ham amalga oshirildi.Yuqori entropiyaga ega kompozitlar vakuum yoyi eritish44, mexanik qotishma45,46,47,48,52,53, uchqunli plazma sinterlash46,51,52, vakuumli issiq presslash45, issiq izostatik presslash47,48 va qo'shimchalar ishlab chiqarish jarayonlarini rivojlantirish yo'li bilan qayta ishlangan. 50.WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 va Y2O351 kabi karbidlar, oksidlar va nitridlar HEA kompozitlarini ishlab chiqishda keramik mustahkamlash sifatida ishlatilgan.To'g'ri HEA matritsasi va keramika tanlash kuchli va bardoshli HEA kompozitsiyasini loyihalash va ishlab chiqishda ayniqsa muhimdir.Ushbu ishda matritsa materiali sifatida CoCrFeNi tanlangan.CoCrFeNi HEA ga har xil miqdorda SiC qo'shildi va ularning mikro tuzilishi, faza tarkibi va mexanik xususiyatlariga ta'siri o'rganildi.
HEA kompozitlarini yaratish uchun xom ashyo sifatida elementar zarrachalar ko'rinishidagi yuqori toza metallar Co, Cr, Fe va Ni (99,95 m. %) va SiC kukuni (tozaligi 99%, o'lchami -400 mesh) ishlatilgan.CoCrFeNi HEA ning izoatomik tarkibi birinchi navbatda yarim sharsimon suv bilan sovutilgan mis qolipga joylashtirildi va keyin kamera 3 · 10-5 mbargacha evakuatsiya qilindi.Yuqori tozalikdagi argon gazi iste'mol qilinmaydigan volfram elektrodlari bilan yoy eritish uchun zarur bo'lgan vakuumga erishish uchun kiritiladi.Olingan ingotlar teskari aylantiriladi va yaxshi bir xillikni ta'minlash uchun besh marta qayta eritiladi.Hosil boʻlgan ekviatomik CoCrFeNi tugmalariga maʼlum miqdorda SiC qoʻshib har xil tarkibdagi yuqori entropiyali kompozitlar tayyorlandi, ular har bir holatda besh marta inversiya va qayta eritish yoʻli bilan qayta homogenlashtirildi.Olingan kompozitsiyadan qoliplangan tugma keyingi sinov va tavsiflash uchun EDM yordamida kesildi.Mikrostrukturaviy tadqiqotlar uchun namunalar standart metallografik usullarga muvofiq tayyorlangan.Birinchidan, namunalar miqdoriy faza tahlili uchun Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) dasturi bilan yorug'lik mikroskopi (Leica Microscope DM6M) yordamida tekshirildi.Fazali tahlil uchun umumiy maydoni taxminan 27000 mkm bo'lgan turli hududlarda olingan uchta rasm tanlandi.Keyinchalik batafsil mikrostrukturaviy tadqiqotlar, jumladan, kimyoviy tarkib tahlili va elementlarning taqsimlanishi tahlili energiya dispersiv spektroskopiya (EDS) tahlil tizimi bilan jihozlangan skanerlash elektron mikroskopida (JEOL JSM-6490LA) amalga oshirildi.HEA kompozitsiyasining kristall strukturasining tavsifi 0,04 ° qadam o'lchamiga ega bo'lgan CuKa manbasidan foydalangan holda rentgen nurlari diffraktsiya tizimi (Bruker D2 fazasini o'zgartiruvchi) yordamida amalga oshirildi.Mikrostrukturaviy o'zgarishlarning HEA kompozitlarining mexanik xususiyatlariga ta'siri Vickers mikroqattiqlik sinovlari va siqish testlari yordamida o'rganildi.Qattiqlik sinovi uchun har bir namunada kamida 10 ta chuqurchadan foydalangan holda 15 soniya davomida 500 N yuk qo'llaniladi.Xona haroratida HEA kompozitlarining siqish sinovlari Shimadzu 50KN universal sinov mashinasida (UTM) 0,001 / s boshlang'ich kuchlanish tezligida to'rtburchaklar namunalarda (7 mm × 3 mm × 3 mm) o'tkazildi.
Yuqori entropiyali kompozitlar, bundan keyin S-1 dan S-6 gacha namunalar deb ataladi, CoCrFeNi matritsasiga 3%, 6%, 9%, 12%, 15% va 17% SiC (hammasi ogʻirlik boʻyicha%) qoʻshish orqali tayyorlangan. .mos ravishda.SiC qo'shilmagan mos yozuvlar namunasi bundan keyin S-0 namunasi deb ataladi.Ishlab chiqilgan HEA kompozitlarining optik mikrografigi 2-rasmda ko'rsatilgan.1, bu erda turli xil qo'shimchalar qo'shilishi tufayli CoCrFeNi HEA ning bir fazali mikro tuzilishi turli morfologiya, o'lchamlar va taqsimotga ega bo'lgan ko'plab fazalardan iborat mikro tuzilmaga aylantirildi.Tarkibdagi SiC miqdori.Har bir bosqichning miqdori LAS Phase Expert dasturi yordamida tasvir tahlilidan aniqlandi.1-rasmdagi (yuqori o'ngda) ushbu tahlil uchun misol maydoni, shuningdek, har bir faza komponenti uchun maydon ulushi ko'rsatilgan.
Ishlab chiqilgan yuqori entropiyali kompozitlarning optik mikrografigi: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 va (f) C- 6.Qo'shimchada LAS Phase Expert dasturidan foydalangan holda kontrastga asoslangan tasvir fazasini tahlil qilish natijalari misoli ko'rsatilgan.
Shaklda ko'rsatilganidek.1a, C-1 kompozitsiyasining matritsa hajmlari orasida hosil bo'lgan evtektik mikro tuzilma bo'lib, bu erda matritsa va evtektik fazalar miqdori mos ravishda 87,9 ± 0,47% va 12,1% ± 0,51% deb baholanadi.1b-rasmda ko'rsatilgan kompozitsiyada (C-2) qotib qolish vaqtida evtektik reaktsiyaning belgilari yo'q va C-1 kompozitsiyasidan butunlay farq qiladigan mikro tuzilma kuzatiladi.C-2 kompozitsiyasining mikro tuzilishi nisbatan nozik va matritsa fazasida (fcc) bir tekis taqsimlangan yupqa plitalardan (karbidlardan) iborat.Matritsa va karbidning hajmli ulushlari mos ravishda 72 ± 1,69% va 28 ± 1,69% deb baholanadi.Matritsa va karbidga qo'shimcha ravishda, 1c-rasmda ko'rsatilganidek, C-3 kompozitsiyasida yangi faza (silitsid) topildi, bu erda silitsid, karbid va matritsa fazalarining hajm ulushlari taxminan 26,5% ± ga teng. 0,41%, 25,9 ± 0,53 va 47,6 ± 0,34.Yana bir yangi faza (grafit) C-4 kompozitsiyasining mikro tuzilishida ham kuzatildi;jami to'rt bosqich aniqlandi.Grafit fazasi optik tasvirlarda qorong'u kontrastli aniq sharsimon shaklga ega va faqat oz miqdorda mavjud (hisoblangan hajm ulushi faqat taxminan 0,6 ± 0,30%).C-5 va C-6 kompozitlarida faqat uchta faza aniqlangan va bu kompozitlardagi qorong'u kontrastli grafit fazasi yoriqlar shaklida namoyon bo'ladi.Kompozit S-5dagi grafit parchalari bilan solishtirganda, Kompozit S-6dagi grafit parchalari kengroq, qisqaroq va muntazamroqdir.C-5 kompozitsiyasida 14,9 ± 0,85% dan C-6 kompozitsiyasida taxminan 17,4 ± 0,55% gacha grafit miqdorining mos ravishda o'sishi ham kuzatildi.
HEA kompozitsiyasidagi har bir fazaning batafsil mikro tuzilishi va kimyoviy tarkibini batafsil o'rganish uchun SEM yordamida namunalar tekshirildi va EMF nuqta tahlili va kimyoviy xaritalash ham amalga oshirildi.Kompozit C-1 uchun natijalar rasmda ko'rsatilgan.2, bu erda asosiy matritsa fazasining hududlarini ajratuvchi evtektik aralashmalarning mavjudligi aniq ko'rinadi.Kompozit C-1ning kimyoviy xaritasi 2c-rasmda ko'rsatilgan bo'lib, u erda Co, Fe, Ni va Si matritsa fazasida bir xilda taqsimlanganligini ko'rish mumkin.Biroq, matritsa fazasida HEA asosining boshqa elementlariga nisbatan oz miqdorda Cr topildi, bu Cr matritsadan tarqalib ketganligini ko'rsatadi.SEM tasviridagi oq evtektik fazaning tarkibi xrom va uglerodga boy bo'lib, uning xrom karbid ekanligini ko'rsatadi.Mikrotuzilmada diskret SiC zarrachalarining yo‘qligi, matritsadagi xromning past miqdori kuzatilganligi va xromga boy fazalarni o‘z ichiga olgan evtektik aralashmalarning mavjudligi erish jarayonida SiC ning to‘liq parchalanishidan dalolat beradi.SiC ning parchalanishi natijasida kremniy matritsa fazasida eriydi va erkin uglerod xrom bilan o'zaro ta'sirlanib, xrom karbidlarini hosil qiladi.Ko'rinib turibdiki, EMF usuli bilan faqat uglerod sifat jihatidan aniqlangan va faza hosil bo'lishi rentgen nurlari diffraktsiya naqshlarida xarakterli karbid cho'qqilarini aniqlash bilan tasdiqlangan.
(a) S-1 namunasining SEM tasviri, (b) kattalashtirilgan tasvir, (c) element xaritasi, (d) ko'rsatilgan joylarda EMF natijalari.
Kompozit C-2 tahlili shaklda ko'rsatilgan.3. Optik mikroskopiyadagi ko'rinishga o'xshab, SEM tekshiruvi faqat ikki fazadan iborat nozik strukturani aniqladi, bunda struktura bo'ylab teng ravishda taqsimlangan ingichka qatlamli faza mavjud.matritsa fazasi va evtektik faza yo'q.Element taqsimoti va qatlamli fazaning EMF nuqtasi tahlili ushbu fazada Cr (sariq) va C (yashil) ning nisbatan yuqori miqdorini aniqladi, bu yana erish paytida SiC ning parchalanishini va chiqarilgan uglerodning xrom effekti bilan o'zaro ta'sirini ko'rsatadi. .VEA matritsasi qatlamli karbid fazasini hosil qiladi.Elementlarning taqsimlanishi va matritsa fazasining nuqta tahlili shuni ko'rsatdiki, kobalt, temir, nikel va kremniyning katta qismi matritsa fazasida mavjud.
(a) S-2 namunasining SEM tasviri, (b) kattalashtirilgan tasvir, (c) element xaritasi, (d) ko'rsatilgan joylarda EMF natijalari.
C-3 kompozitlarining SEM tadqiqotlari karbid va matritsa fazalariga qo'shimcha ravishda yangi fazalar mavjudligini aniqladi.Elementar xarita (4c-rasm) va EMF nuqta tahlili (4d-rasm) yangi faza nikel, kobalt va kremniyga boy ekanligini ko'rsatadi.
(a) S-3 namunasining SEM tasviri, (b) kattalashtirilgan tasvir, (c) element xaritasi, (d) ko'rsatilgan joylarda EMF natijalari.
C-4 kompozitsiyasining SEM va EMF tahlili natijalari shakl.5. Kompozit C-3da kuzatilgan uch fazadan tashqari, grafit tugunlarining mavjudligi ham aniqlandi.Kremniyga boy fazaning hajm ulushi ham C-3 kompozitsiyasidan yuqori.
(a) S-4 namunasining SEM tasviri, (b) kattalashtirilgan tasvir, (c) element xaritasi, (d) ko'rsatilgan joylarda EMF natijalari.
S-5 va S-6 kompozitlarining SEM va EMF spektrlarining natijalari mos ravishda 1 va 2. 6 va 7-rasmlarda ko'rsatilgan.Kam sonli sharlar bilan bir qatorda grafit parchalarining mavjudligi ham kuzatildi.C-6 kompozitsiyasidagi grafit parchalarining soni ham, kremniy o'z ichiga olgan fazaning hajm ulushi ham C-5 kompozitsiyasiga qaraganda ko'proq.
(a) C-5 namunasining SEM tasviri, (b) kengaytirilgan ko'rinish, (c) elementar xarita, (d) ko'rsatilgan joylarda EMF natijalari.
(a) S-6 namunasining SEM tasviri, (b) kattalashtirilgan tasvir, (c) element xaritasi, (d) ko'rsatilgan joylarda EMF natijalari.
XRD o'lchovlari yordamida HEA kompozitlarining kristall strukturasi tavsifi ham amalga oshirildi.Natija 8-rasmda ko'rsatilgan. Asosiy WEA (S-0) ning diffraktsiya naqshida faqat fcc fazasiga mos keladigan tepaliklar ko'rinadi.C-1, C-2 va C-3 kompozitlarining rentgen nurlanishining diffraktsiya naqshlari xrom karbidiga (Cr7C3) mos keladigan qo'shimcha cho'qqilarning mavjudligini aniqladi va ularning intensivligi C-3 va C-4 namunalari uchun pastroq bo'ldi, bu Bu, shuningdek, ushbu namunalar uchun EMF ma'lumotlari bilan.S-3 va S-4 namunalarida Co/Ni silisidlariga mos keladigan cho'qqilar kuzatildi, bu yana 2 va 3-rasmlarda ko'rsatilgan EDS xaritalash natijalariga mos keladi. 3-rasm va 4-rasmda ko'rsatilganidek. 5 va S-6 cho'qqilari kuzatildi. grafitga mos keladi.
Ishlab chiqilgan kompozitlarning ham mikrostrukturaviy, ham kristallografik xususiyatlari qo'shilgan SiC ning parchalanishini ko'rsatdi.Bu VEA matritsasida xrom mavjudligi bilan bog'liq.Xrom 54,55 uglerodga juda kuchli yaqinlikka ega va erkin uglerod bilan reaksiyaga kirishib, karbidlarni hosil qiladi, bu matritsadagi xrom miqdorining kamayishi bilan ko'rsatilgan.Si SiC56 dissotsiatsiyasi tufayli fcc fazasiga o'tadi.Shunday qilib, asosiy HEAga SiC qo'shilishining ko'payishi karbid fazasining miqdori va mikro tuzilmadagi erkin Si miqdorining oshishiga olib keldi.Aniqlanishicha, bu qo'shimcha Si matritsada past konsentratsiyalarda (S-1 va S-2 kompozitlarida), yuqori konsentratsiyalarda (S-3 dan S-6 gacha) qo'shimcha kobalt cho'kishiga olib keladi/.nikel silisidi.To'g'ridan-to'g'ri sintez yuqori haroratli kalorimetriya usulida olingan Co va Ni silisidlarini hosil qilishning standart entalpiyasi Co2Si, CoSi va CoSi2 uchun mos ravishda -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 ni tashkil qiladi. qiymatlari Ni2Si va Ni5Si2 uchun mos ravishda - 50,6 ± 1,7 va - 45,1 ± 1,4 kJ mol-157.Bu qiymatlar SiC ning hosil bo'lish issiqligidan past bo'lib, Co/Ni silisidlarini hosil bo'lishiga olib keladigan SiC dissotsiatsiyasi energiya jihatidan qulay ekanligini ko'rsatadi.S-5 va S-6 kompozitlarida qo'shimcha erkin kremniy mavjud bo'lib, u silitsid hosil bo'lishidan tashqari so'riladi.Ushbu erkin kremniy an'anaviy po'latlarda kuzatilgan grafitlanishga hissa qo'shishi aniqlandi58.
HEA asosida ishlab chiqilgan keramika bilan mustahkamlangan kompozitlarning mexanik xususiyatlari siqish sinovlari va qattiqlik sinovlari bilan o'rganiladi.Ishlab chiqilgan kompozitlarning kuchlanish-deformatsiya egri chiziqlari shaklda ko'rsatilgan.9a va 9b-rasmda ishlab chiqilgan kompozitlarning o'ziga xos oquvchanligi, oquvchanligi, qattiqligi va cho'zilishi o'rtasidagi tarqalish sxemasi ko'rsatilgan.
(a) siqish deformatsiyasi egri chiziqlari va (b) o'ziga xos oqish kuchlanishini, oqish kuchi, qattiqlik va cho'zilishni ko'rsatadigan tarqalish chizmalari.E'tibor bering, faqat S-0 dan S-4 gacha bo'lgan namunalar ko'rsatilgan, chunki S-5 va S-6 namunalarida sezilarli quyma nuqsonlari mavjud.
Shaklda ko'rsatilganidek.9, rentabellik kuchi bazaviy VES (C-0) uchun 136 MPa dan C-4 kompozitsiyasi uchun 2522 MPa ga oshdi.Asosiy WPP bilan solishtirganda, S-2 kompozitsiyasi 37% ga yaqin buzilishgacha juda yaxshi cho'zilishni ko'rsatdi va shuningdek, sezilarli darajada yuqori rentabellik ko'rsatkichlarini (1200 MPa) ko'rsatdi.Ushbu kompozitsiyaning mustahkamligi va egiluvchanligining ajoyib kombinatsiyasi umumiy mikro tuzilmaning yaxshilanishi, shu jumladan, dislokatsiya harakatini inhibe qilishi kutilayotgan mayda karbidli lamellarning mikro tuzilma bo'ylab bir xil taqsimlanishi bilan bog'liq.C-3 va C-4 kompozitlarining rentabellik darajasi mos ravishda 1925 MPa va 2522 MPa ni tashkil qiladi.Ushbu yuqori rentabellik kuchlarini sementlangan karbid va silitsid fazalarining yuqori hajmli ulushi bilan izohlash mumkin.Biroq, bu fazalarning mavjudligi, shuningdek, faqat 7% ga uzilishda cho'zilishga olib keldi.CoCrFeNi HEA (S-0) va S-1 asosiy kompozitlarining kuchlanish-deformatsiya egri chiziqlari qavariq bo'lib, egizak effekti yoki TRIP59,60 faollashuvini ko'rsatadi.S-1 namunasi bilan solishtirganda, S-2 namunasining kuchlanish-deformatsiya egri chizig'i taxminan 10,20% deformatsiyada konkav shaklga ega, ya'ni normal dislokatsiya sirpanishi bu deformatsiyalangan holatda namunaning asosiy deformatsiya rejimidir60,61 .Shu bilan birga, bu namunadagi qotib qolish darajasi katta deformatsiyalar oralig'ida yuqori bo'lib qolmoqda va yuqoriroq deformatsiyalarda ham qavariqlikka o'tish ko'rinadi (garchi bu moylangan siqilish yuklarining ishdan chiqishi bilan bog'liqligini istisno qilib bo'lmaydi).).C-3 va C-4 kompozitlari mikro tuzilishda karbidlar va silitsidlarning yuqori hajmli fraktsiyalari mavjudligi sababli cheklangan plastiklikka ega.C-5 va C-6 kompozitlarining namunalarini siqish sinovlari kompozitlarning ushbu namunalarida sezilarli quyma nuqsonlari tufayli amalga oshirilmadi (10-rasmga qarang).
C-5 va C-6 kompozitlari namunalarida quyma nuqsonlarining stereomikrografiyasi (qizil o'qlar bilan ko'rsatilgan).
VEA kompozitlarining qattiqligini o'lchash natijalari shakl.9b.WEA bazasining qattiqligi 130±5 HV, S-1, S-2, S-3 va S-4 namunalari qattiqlik qiymatlari 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV va 755±20 HV.Qattiqligining o'sishi siqish sinovlari natijasida olingan oqish quvvatining o'zgarishi bilan yaxshi mos keldi va kompozitsiyadagi qattiq moddalar miqdorining oshishi bilan bog'liq edi.Har bir namunaning maqsadli tarkibiga asoslangan hisoblangan o'ziga xos hosildorlik, shuningdek, rasmda ko'rsatilgan.9b.Umuman olganda, kompozit C-2 uchun oquvchanlik (1200 MPa), qattiqlik (275 ± 10 HV) va nisbiy cho'zilish (~ 37%) eng yaxshi kombinatsiyasi kuzatiladi.
Ishlab chiqilgan kompozitsiyaning oquvchanligi va nisbiy cho'zilishining turli sinfdagi materiallar bilan taqqoslanishi 11a-rasmda ko'rsatilgan.Ushbu tadqiqotda CoCrFeNi asosidagi kompozitlar har qanday stress darajasida yuqori cho'zilishni ko'rsatdi62.Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda ishlab chiqilgan HEA kompozitlarining xossalari cho'zilish va cho'zilish nisbati bo'yicha oldindan band bo'lmagan hududda joylashganligini ham ko'rish mumkin.Bundan tashqari, ishlab chiqilgan kompozitlar mustahkamlik (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa va 2522 MPa) va cho'zilish (>60%, 37%, 7,3% va 6,19%) kombinatsiyalarining keng doirasiga ega.Oqim kuchi ham ilg'or muhandislik dasturlari uchun materiallarni tanlashda muhim omil hisoblanadi63,64.Shu munosabat bilan, ushbu ixtironing HEA kompozitlari oqish kuchi va cho'zilishning ajoyib kombinatsiyasini namoyish etadi.Buning sababi shundaki, past zichlikdagi SiC qo'shilishi natijasida yuqori o'ziga xos oqish quvvatiga ega kompozitlar paydo bo'ladi.11b-rasmda ko'rsatilganidek, HEA kompozitlarining o'ziga xos oquvchanligi va cho'zilishi HEA FCC va refrakter HEA bilan bir xil diapazonda.Ishlab chiqilgan kompozitlarning qattiqligi va oquvchanligi massiv metall oynalar bilan bir xil diapazonda65 (11c-rasm).Massiv metall oynalar (BMS) yuqori qattiqlik va oqish chidamliligi bilan ajralib turadi, lekin ularning cho'zilishi cheklangan66,67.Biroq, ushbu tadqiqotda ishlab chiqilgan ba'zi HEA kompozitlarining qattiqligi va oquvchanligi sezilarli darajada cho'zilganligini ko'rsatdi.Shunday qilib, VEA tomonidan ishlab chiqilgan kompozitlar turli xil konstruktiv ilovalar uchun mexanik xususiyatlarning noyob va izlanadigan kombinatsiyasiga ega degan xulosaga keldi.Mexanik xususiyatlarning bu noyob birikmasini FCC HEA matritsasida in situ hosil bo'lgan qattiq karbidlarning bir xil tarqalishi bilan izohlash mumkin.Shu bilan birga, mustahkamlikning yaxshiroq kombinatsiyasiga erishish maqsadining bir qismi sifatida, S-5 va S-6 kompozitlarida topilgan quyma nuqsonlarni oldini olish uchun keramik fazalarning qo'shilishi natijasida yuzaga keladigan mikro tuzilmaviy o'zgarishlarni diqqat bilan o'rganish va nazorat qilish kerak. egiluvchanlik.jins.
Ushbu tadqiqot natijalari turli konstruktiv materiallar va HEAlar bilan solishtirildi: (a) cho'zilish kuchiga qarshi cho'zilish kuchi62, (b) egiluvchanlikka qarshi o'ziga xos oqim kuchlanishi63 va (c) oqish kuchiga nisbatan qattiqlik65.
SiC qo'shilgan HEA CoCrFeNi tizimiga asoslangan HEA-keramika kompozitlari seriyasining mikro tuzilishi va mexanik xususiyatlari o'rganildi va quyidagi xulosalar chiqarildi:
Yuqori entropiyali qotishma kompozitlarni yoyni eritish usuli yordamida CoCrFeNi HEA ga SiC qo'shish orqali muvaffaqiyatli ishlab chiqish mumkin.
SiC yoyning erishi jarayonida parchalanadi, bu karbid, silitsid va grafit fazalarining in situ hosil bo'lishiga olib keladi, ularning mavjudligi va hajm ulushi HEA asosiga qo'shilgan SiC miqdoriga bog'liq.
HEA kompozitlari ko'plab mukammal mexanik xususiyatlarni namoyish etadi, ular cho'zilish chizig'iga nisbatan cho'zilish kuchiga nisbatan ilgari ega bo'lmagan joylarga to'g'ri keladi.Og'irligi 6% SiC dan foydalangan holda tayyorlangan HEA kompozitining rentabellik kuchi 37% egiluvchanlikni saqlab, asosiy HEAdan sakkiz baravar ko'proq edi.
HEA kompozitlarining qattiqligi va oquvchanligi quyma metall oynalar (BMG) oralig'ida.
Topilmalar shuni ko'rsatadiki, yuqori entropiyali qotishma kompozitlar ilg'or strukturaviy ilovalar uchun metall-mexanik xususiyatlarning ajoyib kombinatsiyasiga erishish uchun istiqbolli yondashuvdir.
Yuborilgan vaqt: 2023 yil 12 iyul