Влияние деформационно-термических обработок на механические свойства высокоэнтропийного сплава кантора femncrnico, легированного атомами углерода и азота

Abstract

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС), такие как сплав Кантора (CoCrFeMnNi), привлекают значительное внимание благодаря своим уникальным механическим свойствам, включая высокую прочность, пластичность и ударную вязкость при низких температурах. Их гранецентрированная кубическая (ГЦК) решетка обеспечивает сочетание прочности и пластичности, что делает эти материалы перспективными для применения в экстремальных условиях эксплуатации [1, 2]. Легирование ВЭС элементами внедрения, такими как углерод и азот, позволяет целенаправленно модифицировать их структуру и свойства. Углерод, внедряясь в междоузлия ГЦК решетки, вызывает значительные искажения, которые способствуют твердорастворному упрочнению. Кроме того, углерод склонен к образованию карбидных фаз, таких как M23C6 и M7C3, которые также вносят вклад в повышение прочности [3, 4]. Азот, в свою очередь, улучшает пластичность за счет уменьшения размера зерна, повышения деформационного упрочнения, а также улучшает усталостные свойства. В отличие от углерода, азот меньше склонен к формированию вторичных фаз, что позволяет сохранить однородную структуру материала [5, 6]. В рамках исследования механические свойства и структура сплава Кантора, легированного углеродом (1,1 вес. %, 2.8% вес. %) и азотом (0,1 ат. %, 0,2 ат. %), изучались после интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) при 20 °С и 300 °С.

High-entropy alloys (HEAs), such as the Cantor alloy (CoCrFeMnNi), attract significant attention due to their unique mechanical properties, including high strength, ductility, and impact toughness at low temperatures. Their face-centered cubic (FCC) lattice provides a combination of strength and ductility, making these materials promising for applications in extreme operating conditions [1, 2]. Alloying HEAs with interstitial elements, such as carbon and nitrogen, allows for targeted modification of their structure and properties. Carbon, when incorporated into the interstitial sites of the FCC lattice, induces significant distortions that contribute to solid-solution strengthening. Additionally, carbon tends to form carbide phases, such as M23C6 and M7C3, which also contribute to increased strength [3, 4]. Nitrogen, on the other hand, improves ductility by reducing grain size, enhancing strain hardening, and improving fatigue properties. Unlike carbon, nitrogen is less prone to the formation of secondary phases, helping to maintain a homogeneous structure of the material [5, 6]. In the study, the mechanical properties and structure of the Cantor alloy alloyed with carbon (1.1 wt.%, 2.8 wt.%) and nitrogen (0.1 at.%, 0.2 at.%) were investigated after intense plastic deformation by torsion (IPDT) at 20 °C and 300 °C.