Общеизвестно, что водород отрицательно влияет на металлы, приводя к ухудшению их механических характеристик, например, снижению пластичности и несущей способности, что значительно сокращает срок службы материала. Проблема водородного охрупчивания в настоящее время стоит остро, поскольку находит свое отражение в перспективной и стремительно развивающейся области энергетической промышленности - водородной энергетике. Поэтому одной из главных задач при развитии данной отрасли является создание новых, устойчивых к водородному охрупчиванию конструкционных материалов, которые могут быть использованы в среде водяных реакторов атомных электростанций с высоким содержанием водорода, или в нефтегазовой отрасли, где элементы емкостей для хранения и транспортировки подвержены негативному воздействию водорода.
Одним из достойных претендентов на включение в класс водороднейтральных материалов оказались новые высокоэнтропийные сплавы с гранецентрированной кубической решеткой на базе системы CoCrFeNiMn (сплав Кантора), которые благодаря своим уникальным механическим и физическим свойствам, в частности высоким устойчивости к коррозии, радиационным повреждениям и износостойкости, вязкому характеру разрушения даже при криогенных температурах и сочетанию высоких прочности и пластичности, могут применяться в экстремальных условиях эксплуатации [1, 2]. В ряде работ [3, 4], например, говорится, что самый известный представитель высокоэнтропийных сплавов - сплав Кантора - более устойчив к воздействию водорода, чем стабильная аустенитная сталь.
Несмотря на длинный список достоинств сплава Кантора, он обладает относительно низким пределом текучести [5]. Одним из наиболее эффективных способов решить эту проблему является добавление в сплавы элементов внедрения, например, азота, который существенно повышает прочностные свойства материала без потери пластичности [6 - 8]. Известно также, что легирование азотом может приводить не только к твердорастворному упрочнению, но и образованию дисперсных частиц, например, нитридов в сплавах системы CoCrFeMnNi(N), которые не только упрочняют материал [9 - 12], но и, согласно ряду исследований [3, 13, 14], могут служить ловушками для атомов водорода и, соответственно, замедлять его диффузию вглубь, уменьшая эффекты водородного охрупчивания.
Вследствие вышесказанного, интерес представляет комплексное изучение влияния структурно-фазового состояния на закономерности водородной хрупкости высокоэнтропийного сплава Кантора, легированного азотом.
Исходя из этого, целью данной работы является установление влияния дисперсионного твердения на склонность высокоэнтропийных сплавов Ре20Мл20Сг20К120Со20-хКх к водородной хрупкости.
В данной работе было проведено исследование влияние структурно-фазового состояния сплавов Fe^Mn^Cr^Ni^Co^, легированных азотом в концентрациях 0,8 ат. % и 1,4 ат. %, на закономерности их водородного охрупчивания.
Установлено, что в образцах о,8-Т и 1,4N-T с малым размером зерна и однородно распределенными дисперсными частицами Cr2N наблюдается значительное повышение предела текучести (Д (Т 8N~ 141 МПа, Д o1,4N'T~ 254 МПа) относительно однофазного
0,2 ,0,2 крупнокристаллического состояния, что обусловлено как зернограничным, так и дисперсионным упрочнением. В образцах 0,8N-r и 1,4N-r формирование пластинчатой зернограничной фазы Cr2N не приводит к изменениям механических характеристик и характера кривых течения относительно исходного однофазного состояния поскольку объемная доля частиц мала.
Экспериментально установлено, что насыщение водородом образцов исследуемых сплавов вызывает уменьшение предела прочности и пластичности.
Формирование мелкокристаллической структуры с образованием однородно распределенных в материале частиц, по форме близких к равноосным (образцы о,8-Т и 1,4N-T), не приводит к существенному изменению значений коэффициента водородного охрупчивания относительно однофазных образцов (КН^- Ц %, ц?*-1g %, К^-К1^Т~ 14 % ). Выделение пластинчатых частиц Cr2N по границам зерен в крупнокристаллических образцах С),8-Г и 1,4N-r значительно повышает устойчивость сплавов к эффектам водородной хрупкости, способствуя уменьшению коэффициента водородного охрупчивания до значений K0HSN'r~2 % и К1^-- 1о %.
Показано, что наводороживание приводит к образованию в образцах хрупкого поверхностного слоя. Формирование частиц вторичной фазы вне зависимости от их морфологии и распределения способствует уменьшению толщины водородно- индуцируемого слоя (D0rsN-r= 28 ± 9 мкм и Di,4N-r= 23 ± 5 мкм, D08-T= 29 ± 5 мкм, Dit4N-T= 25 ± 4 мкм). Образование нитридов по границам зерен в 0,8N-r и 1,4N-r образцах приводит к уменьшению толщины наводороженного слоя за счет снижения эффективного коэффициента диффузии водорода в материале. Высокая плотность межзеренных и межфазных границ в мелкокристаллических образцах с однородно распределенными частицами Cr2N (о,8№Т и 1,4N-T) способствует уменьшению глубины водородно- индуцируемого слоя не только в процессе насыщения, но и в процессе пластической деформации за счет снижения вклада в перенос водорода подвижными дислокациями, обусловленного уменьшением длины свободного пробега дислокаций.
