СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 6
1.1 Среднеэнтропийные сплавы 6
1.2 Сплав FeMnCrNiCo 8
1.3 Сплав CoCrNi 9
1.4 Легирование сплава CoCrNi атомами внедрения 17
2 Материалы и методы исследования 25
3. Результаты 29
3.1 Изучение микроструктуры и фазового состава сплавов CoCrNi и CoCrNi-C 29
3.2 Изучение механических свойств сплавов CoCrNi и CoCrNi-C 35
3.3 Анализ механизмов деформации сплавов CoCrNi и CoCrNi-C 39
3.4 Исследование механизма разрушения сплавов CoCrNi и CoCrNi-C 42
ВЫВОДЫ 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 45
Фундаментальный подход в разработке металлургических сплавов, основанный на выборе одного базового компонента и использовании легирующих элементов, обеспечивающих появление вторичных особенностей, дал огромный объем знаний о материалах, которые к настоящему времени считают традиционными [1, 2]. Благодаря такому подходу были разработаны такие промышленно важные конструкционные и функциональные материалы как нержавеющие стали, алюминиевые, титановые, медные и никелевые сплавы [2]. Однако знания о строении и свойствах кристаллических фаз таких композиций, как правило, ограничиваются информацией о сплавах с одним или двумя базовыми компонентами [2]. Поэтому актуальность приобрели исследования многокомпонентных материалов. Они сосредоточены во-многом на установлении влияния состава композиции на ее физико-механические свойства и поиске новых систем легирования [1 - 4]. Многокомпонентные системы - сплавы с высокой энтропией смешения - привлекают к себе большое внимание по многим причинам. В частности, многокомпонентные сплавы с ГЦК-кристаллической решеткой популярны благодаря вязкому характеру разрушения даже при чрезвычайно низких температурах эксплуатации [3, 4]. На основе оригинального подхода к проектированию таких материалов был разработан эквиатомный сплав FeMnCrNiCo, и с момента его открытия было создано множество других вариаций пяти-, четырех- и трехкомпонентных сплавов [1 - 5]. Среди тройных систем наилучшую термодинамическую стабильность продемонстрировал сплав CoCrNi, сочетающий в себе высокую прочность и хорошую пластичность при криогенных температурах испытания [3 - 5]. Такие привлекательные свойства делают трехкомпонентный сплав CoCrNi кандидатом на широкое практическое применение в криогенной технике. Но при комнатной и повышенной температурах испытания его предел текучести невелик (в опытах на растяжение составляет около 250 МПа) [3, 4].
Известны следующие основные подходы к повышению прочности сплавов типа CoCrNi: дисперсионное, зернограничное и твердорастворное упрочнение [1 - 5].
Благоприятное влияние атомов внедрения на механические свойства ГЦК сплавов изучено широко на примере аустенитных сталей [1, 3]. Относительно трёхкомпонентного сплава CoCrNi, I. Moravcik и др. сообщают о значительном улучшении физико-механических характеристик материала за счет формирования частиц вторичных фаз (карбидов CrTT) и одновременного уменьшения среднего размера зерна после легирования углеродом [3]. Однако ввиду недолгой истории развития многокомпонентных систем и, в частности, сплава CoCrNi, все еще недостаточно комплексных исследований, рассматривающих их микроструктуру, фазовый состав, механические свойства, механизмы деформации и разрушения.
В связи с этим, цель настоящей работы - установить влияние легирования углеродом с концентрацией 0,5 ат. % на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства среднеэнтропийного сплава CoCrNi.
1. Установлено, что в результате термомеханической обработки образцов сплавов CoCrNi и CoCrNi-C формируется однородная по фазовому составу крупнокристаллическая микроструктура: легирование углеродом способствует уменьшению среднего размера зерна в процессе рекристаллизационных отжигов и приводит к увеличению параметра кристаллической решетки сплава CoCrNi.
2. Легирование углеродом сплава CoCrNi вызывает увеличение предела текучести (До0,2 = 96 МПа), предела прочности (Дов = 139 МПа) и микротвердости (ДНУ = 289 МПа), что обусловлено твердорастворным упрочнением. Упрочнение углеродом не приводит к изменению стадийности деформационных кривых, но способствует увеличению деформационного упрочнения сплава. Удлинение до разрушения уменьшается после легирования сплава CoCrNi атомами углерода, но его величина остается высокой (SCoCrNi-C= 72 %).
3. Анализ электронно-микроскопических изображений показал, механизмами деформации сплавов CoCrNi и CoCrNi-C являются скольжение и механическое двойникование. Плотность дислокаций образцах исследуемых сплавов высокая (р = 1014 - 1015 способствует активации механического двойникования, а, напротив, подавляет его.
4. Выявлено, что легирование углеродом сплава CoCrNi приводит к образованию в образцах интеркристаллитных трещин при сохранении преимущественного вязкого разрушения. Формирование вторичных трещин может быть обусловлено неоднородным распределением двойников в зернах углеродосодержащего сплава или микросегрегациями элементов у границ зерен. Вторичные трещины способствуют уменьшению пластичности углеродосодержащего сплава и обеспечивают преждевременное разрушение образцов.
