1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 5, 2023

Расплавы, 2023, № 5, стр. 454-466

Получение и структура четырех TiZrVNb и пятикомпонентных TiZrHfVNb тугоплавких высокоэнтропийных сплавов

И. С. Сипатов a, *, С. А. Петрова a, Е. В. Игнатьева a, А. А. Ремпель a

a Институт металлургии Уральского отделения РАН
Екатеринбург, Россия

* E-mail: ivan.sipatov@gmail.com

Поступила в редакцию 09.03.2023
После доработки 23.05.2023
Принята к публикации 28.05.2023

Аннотация

Высокоэнтропийные сплавы привлекают внимание исследователей благодаря наличию комплекса новых свойств. В работе рассмотрены факторы, влияющие на структуру высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) на основе элементов Ti, Zr, Hf, V и Nb. Приведены данные о структуре четырехкомпонентного Ti25Zr25V25Nb25 и пятикомпонентного Ti20Zr20Hf20V20Nb20 сплавов, полученных при одинаковых режимах плавки и охлаждения в дуговой печи. Данные энергодисперсионного химического анализа показали, что химический состав сплавов соответствовал номинальному. На основании анализа микрофотографий поверхности слитков сделан вывод о том, что использованный режим плавки приводил к перегреву четырехкомпонентного сплава, а пятикомпонентного – нет. Экспериментально обнаружено, что первичное формирование четырехкомпонентного сплава происходит быстрее, чем пятикомпонентного, однако дальнейший переплав в условиях перегрева приводит к образованию многофазной структуры. Максимальное содержание ОЦК твердого раствора (98%) в сплаве Ti25Zr25V25Nb25 было достигнуто при первом переплаве, а другой фазой (2%) был ГЦК твердый раствор. Максимальное содержание ОЦК твердого раствора (95%) в сплаве Ti20Zr20Hf20V20Nb20 было получено при повторном переплаве, а ОЦК, ГПУ твердые растворы и фаза Лавеса присутствовали в количестве не более 3%. Параметры кристаллической решетки основных фаз с ОЦК структурой для сплавов Ti25Zr25V25Nb25 и Ti20Zr20Hf20V20Nb20 имели соответственно следующие значения – 3.270 и 3.362 Å. Установлено, что наряду с соблюдением термодинамических условий при получении тугоплавких ВЭСов с однофазной структурой важен выбор термовременных условий плавки и кристаллизации для каждого конкретного состава сплава.

Ключевые слова: высокоэнтропийный сплав, ОЦК твердый раствор, дуговая плавка, структура, фазовый состав

Список литературы

  1. Wu Y.D., Cai Y.H., Wang T. et al. A refractory Hf25Nb25Ti25Zr25 high-entropy alloy with excellent structural stability and tensile properties // Materials Letters. 2014. 130. P. 277–280.

  2. Ryltsev R.E., Estemirova S.K., Gaviko V.S. et al. Structural evolution in TiZrHfNb high-entropy alloy // Materialia. 2022. 21. P. 101311.

  3. Uporov S.A., Ryltsev R.E., Sidorov V.A. et al. Pressure effects on electronic structure and electrical conductivity of TiZrHfNb high-entropy alloy // Intermetallics. 2022. 140. P. 107394.

  4. Shen H., Zhang J., Hu J., et al. A novel TiZrHfMoNb high-entropy alloy for solar thermal energy storage // Nanomaterials. 2019. 9. P. 1–9.

  5. Salishchev G.A., Tikhonovsky M.A., Shaysultanov D.G. et al. Effect of Mn and V on structure and mechanical properties of high-entropy alloys based on CoCrFeNi system // J. Alloys Compounds. 2014. 591. P. 11–21.

  6. Упоров С.А., Эстемирова С.Х., Стерхов Е.В. и др. Особенности кристаллизации, структуры и термической стабильности высокоэнтропийных сплавов GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY // Расплавы. 2022. 5. С. 443–453.

  7. Gelchinski B.R., Balyakin I.A., Yuryev A.A. et al. High-entropy alloys: properties and prospects of application as protective coatings // Russian Chemical Reviews. 2022. 91. № 6. P. RCR5023.

  8. Shaysultanov D.G., Stepanov N.D., Salishev G.A. et al. Influence of thermal treatment on structure and hardness of high-entropy alloys CoCrFeNiMnVx (x = 0.25, 0.5, 0.75, 1) // The Physics of Metals and Metallography. 2017. 118. № 6. P. 579–590.

  9. Stepanov N., Shaysultanov D., Yurchenko N. et al. Microstructure refinement on the CoCrFeNiMn high entropy alloy under plastic straining // Materials Science Forum. 2017. 879. P. 1853–1858.

  10. Fazakas E., Zadorozhnyy V., Varga L.K. et al. Experimental and theoretical study of Ti20Zr20Hf20Nb20X20 (X = V or Cr) refractory high-entropy alloys // International J. Refractory Metals and Hard Materials. 2014. 47. P. 131–138.

  11. Senkov O.N., Woodward C.F. Microstructure and properties of a refractory NbCrMo0.5Ta0.5TiZr alloy // Materials Science Engeneering A. 2011. 529. P. 311–320.

  12. Senkov O.N., Senkova S.V., Woodward C. et al. Low-density, refractory multi- principal element alloys of the Cr–Nb–Ti–V–Zr system: microstructure and phase analysis // Acta Materials 2013. 61. P. 1545–1557.

  13. Gelchinski B.R., Balyakin I.A., Ilinykh N.I. et al. Analysis of the probability of synthesizing high-entropy alloys in the systems Ti–Zr–Hf–V–Nb, Gd–Ti–Zr–Nb–Al, and Zr–Hf–V–Nb–Ni, Physical Mesomechanics. 2021. 24. P. 701–706.

  14. Zhang Y., Zhou Y.J., Lin J.P. et al. Solid-solution phase formation rules for multicomponent alloys // Advanced Engineering Materials. 2008. 10. № 6. P. 534–538.

  15. Zhang Y., Lu Z.P., Ma S.G. et al. Guidelines in Predicting Phase Formation of High-Entropy Alloys // Communications. 2014. 4. №. 12. P. 57–62.

  16. Mityushova Y.A., Gibadullina A.F., Zhilina E.M. et al. hermodynamic extimation of the formation of a high-entropy Al–Nb–Ti–V–Zr // Russian Metallurgy. 2021. № 2. P. 187–191.

  17. Pacheco V., Lindwall G., Karlsson D. et al. Thermal stability of the HfNbTiVZr high-entropy alloy // Inorganic Chemistry. 2019. 58. P. 811–820.

  18. Nygård M.M., Ek G., Karlsson D. et al. Hydrogen storage in high-entropy alloys with varying degree of local lattice strain // International J. Hydrogen Energy. 2019. 44. № 55. P. 29140–29149.

  19. Rogachev A.S. Structure, stability, and properties of high-entropy alloys // Physics of Metals and Metallography. 2020. 121. P. 733–764.

  20. Sleiman S., Huot J. Effect of particle size, pressure and temperature on the activation process of hydrogen absorption in TiVZrHfNb high entropy alloy // J. Alloys Compounds. 2021. 861. P. 158615.

  21. Montero J., Ek G., Sahlberg M. et al. Improving the hydrogen cycling properties by Mg addition in Ti–V–Zr–Nb refractory high entropy alloy // Scripta Materialia. 2021. 194. P. 113699.

  22. Hu Y.M., Liu X.D., Guo N.N. et al. Microstructure and mechanical properties of NbZrTi and NbHfZrTi alloys // Rare Metals. 2019. 38. P. 840–847.

  23. DIFFRAC. Eva V5. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D – 76187, Karlsruhe, Germany. 2019.

  24. DIFFRACPlus: TOPAS. Bruker AX. GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D – 76187, Karlsruhe, Germany. 2008.

  25. Gates-Rector S., Blanton T. The powder diffraction file: a quality materials characterization database // Powder Diffration. 2019. 34. P. 352–360.

  26. Laugier J., Bochu B. LMGP-Suite of Programs for the interpretation of X-ray Experiments ENSP. Grenoble: Lab. Materiaux genie Physique.

  27. Фришберг И.В., Кватер Л.И. Обменные процессы при кристаллообразовании. Процессы реального кристаллообразования. М.: Наука, 1977. С. 191–211.

  28. Тимофеева В.А. Рост кристаллов из растворов-расплавов. М.: Наука, 1978.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал