CoCrFeNi, mükemmel sünekliğe ancak sınırlı dayanıklılığa sahip, iyi çalışılmış yüzey merkezli kübik (fcc) yüksek entropi alaşımıdır (HEA).Bu çalışmanın odak noktası, ark eritme yöntemini kullanarak farklı miktarlarda SiC ekleyerek bu tür HEA'ların mukavemet ve süneklik dengesini iyileştirmektir.HEA bazında krom varlığının erime sırasında SiC'nin ayrışmasına neden olduğu tespit edilmiştir.Böylece, serbest karbonun krom ile etkileşimi, krom karbürlerin yerinde oluşumuna yol açarken, serbest silikon, HEA bazında çözelti halinde kalır ve/veya silisitler oluşturmak üzere HEA bazını oluşturan elementlerle etkileşime girer.SiC içeriği arttıkça mikro yapı fazı şu sırayla değişir: fcc → fcc + ötektik → fcc + krom karbür pulları → fcc + krom karbür pulları + silisit → fcc + krom karbür pulları + silisit + grafit topları / grafit pulları.Ortaya çıkan kompozitler, geleneksel alaşımlara ve yüksek entropili alaşımlara kıyasla çok geniş bir mekanik özellikler aralığı sergiler (%60'ın üzerinde uzamada 277 MPa'dan %6 uzamada 2522 MPa'ya kadar akma mukavemeti).Geliştirilen yüksek entropili kompozitlerden bazıları mekanik özelliklerin mükemmel bir kombinasyonunu gösterir (akma mukavemeti 1200 MPa, uzama %37) ve akma gerilimi-uzama diyagramında daha önce ulaşılamayan bölgeleri işgal eder.Dikkat çekici uzamaya ek olarak, HEA kompozitlerinin sertliği ve akma mukavemeti dökme metalik camlarla aynı aralıktadır.Bu nedenle, yüksek entropili kompozitlerin geliştirilmesinin, ileri yapısal uygulamalar için mükemmel mekanik özellikler kombinasyonunun elde edilmesine yardımcı olabileceğine inanılmaktadır.
Yüksek entropili alaşımların geliştirilmesi metalurjide umut verici yeni bir kavramdır1,2.Yüksek entropi alaşımları (HEA), bazı durumlarda yüksek termal stabilite3,4 süperplastik uzama5,6 yorulma direnci7,8 korozyon direnci9,10,11, mükemmel aşınma direnci12,13,14 dahil olmak üzere fiziksel ve mekanik özelliklerin mükemmel bir kombinasyonunu göstermiştir. ,15 ve yüksek sıcaklıklarda bile tribolojik özellikler15 ,16,1718,19,20,21,22 ve düşük sıcaklıklarda mekanik özellikler23,24,25.HEA'daki mekanik özelliklerin mükemmel kombinasyonu genellikle dört ana etkiye atfedilir: yüksek konfigürasyonel entropi26, güçlü kafes bozulması27, yavaş difüzyon28 ve kokteyl etkisi29.HEA'lar genellikle FCC, BCC ve HCP türleri olarak sınıflandırılır.FCC HEA tipik olarak Co, Cr, Fe, Ni ve Mn gibi geçiş elementlerini içerir ve mükemmel süneklik (düşük sıcaklıklarda bile25) ancak düşük mukavemet sergiler.BCC HEA genellikle W, Mo, Nb, Ta, Ti ve V gibi yüksek yoğunluklu elementlerden oluşur ve çok yüksek mukavemete ancak düşük sünekliğe ve düşük özgül mukavemete sahiptir30.
Mekanik özelliklerin en iyi kombinasyonunu elde etmek için HEA'nın işleme, termomekanik işleme ve elemanların eklenmesine dayalı mikroyapısal modifikasyonu araştırılmıştır.CoCrFeMnNi FCC HEA, yüksek basınçlı burulma nedeniyle şiddetli plastik deformasyona maruz kalır, bu da sertlikte (520 HV) ve mukavemette (1950 MPa) önemli bir artışa yol açar, ancak nanokristalin bir mikro yapının gelişimi (~50 nm) alaşımı kırılgan hale getirir31 .Eşleştirme sünekliği (TWIP) ve dönüşümün neden olduğu plastisitenin (TRIP) CoCrFeMnNi HEA'lara dahil edilmesinin, gerçek çekme mukavemeti değerleri pahasına da olsa, yüksek çekme sünekliği ile sonuçlanan iyi iş sertleşebilirliği sağladığı bulunmuştur.Aşağıda (1124 MPa) 32. Bilyalı dövme kullanılarak CoCrFeMnNi HEA'da katmanlı bir mikro yapının (ince deforme olmuş bir katman ve deforme olmamış bir çekirdekten oluşan) oluşturulması, mukavemette bir artışa neden oldu, ancak bu iyileşme yaklaşık 700 MPa33 ile sınırlı kaldı.Mukavemet ve sünekliğin en iyi kombinasyonuna sahip malzemelerin arayışında, izoatomik olmayan elementlerin eklenmesiyle çok fazlı HEA'ların ve ötektik HEA'ların geliştirilmesi de araştırılmıştır34,35,36,37,38,39,40,41.Aslında, ötektik yüksek entropili alaşımlarda sert ve yumuşak fazların daha ince bir dağılımının, nispeten daha iyi bir mukavemet ve süneklik kombinasyonuna yol açabileceği bulunmuştur35,38,42,43.
CoCrFeNi sistemi, geniş çapta incelenen tek fazlı FCC yüksek entropi alaşımıdır.Bu sistem, hem düşük hem de yüksek sıcaklıklarda hızlı sertleşme özellikleri44 ve mükemmel süneklik45,46 sergiler.Nispeten düşük mukavemetini (~300 MPa)47,48 geliştirmek için tane incelmesi25, heterojen mikro yapı49, çökelme50,51,52 ve dönüşümün neden olduğu plastisite (TRIP)53 dahil olmak üzere çeşitli girişimlerde bulunulmuştur.Döküm yüzey merkezli kübik HEA CoCrFeNi'nin zorlu koşullar altında soğuk çekme yoluyla taneciklerinin rafine edilmesi, mukavemeti yaklaşık 300 MPa47,48'den 1,2 GPa25'e artırır, ancak süneklik kaybını %60'tan %12,6'ya azaltır.CoCrFeNi'nin HEA'sına Al eklenmesi, akma mukavemetini 786 MPa'ya ve göreceli uzamasını yaklaşık %2249'a çıkaran heterojen bir mikro yapının oluşmasıyla sonuçlandı.CoCrFeNi HEA, çökelti oluşturmak için Ti ve Al ile birlikte eklenerek çökelme mukavemeti oluşturuldu, akma mukavemeti 645 MPa'ya ve uzama oranı %39'a çıkarıldı51.TRIP mekanizması (yüz merkezli kübik → altı yüzlü martensitik dönüşüm) ve eşleştirme, CoCrFeNi HEA'nın gerilme mukavemetini 841 MPa'ya ve kopma uzamasını %76'ya53 yükseltti.
Daha iyi bir mukavemet ve süneklik kombinasyonu sergileyebilen yüksek entropili kompozitler geliştirmek için HEA yüzey merkezli kübik matrise seramik takviyesi eklemek için de girişimlerde bulunulmuştur.Yüksek entropili kompozitler vakumlu ark eritme44, mekanik alaşımlama45,46,47,48,52,53, kıvılcım plazma sinterleme46,51,52, vakumlu sıcak presleme45, sıcak izostatik presleme47,48 ve eklemeli imalat süreçlerinin geliştirilmesi43 ile işlenmiştir. 50.HEA kompozitlerinin geliştirilmesinde WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 ve Y2O351 gibi karbürler, oksitler ve nitrürler seramik takviyesi olarak kullanılmıştır.Güçlü ve dayanıklı bir HEA kompoziti tasarlarken ve geliştirirken doğru HEA matrisini ve seramiği seçmek özellikle önemlidir.Bu çalışmada matris malzemesi olarak CoCrFeNi seçilmiştir.CoCrFeNi HEA'ya çeşitli miktarlarda SiC eklenmiş ve bunların mikro yapı, faz bileşimi ve mekanik özellikler üzerindeki etkileri incelenmiştir.
HEA kompozitlerinin oluşturulmasında hammadde olarak temel parçacıklar formundaki yüksek saflıkta metaller Co, Cr, Fe ve Ni (ağırlıkça %99,95) ve SiC tozu (saflık %99, boyut -400 ağ gözü) kullanıldı.CoCrFeNi HEA'nın izoatomik bileşimi ilk önce yarım küre şeklinde, su ile soğutulan bir bakır kalıba yerleştirildi ve daha sonra bölme 3·10-5 mbar'a boşaltıldı.Tükenmeyen tungsten elektrotlarla ark eritme için gerekli vakumu elde etmek amacıyla yüksek saflıkta argon gazı eklenir.Ortaya çıkan külçeler, iyi bir homojenlik sağlamak için ters çevrilir ve beş kez yeniden eritilir.Her durumda beş kat ters çevirme ve yeniden eritme yoluyla yeniden homojenleştirilen, elde edilen eşit atomlu CoCrFeNi düğmelerine belirli bir miktarda SiC eklenerek çeşitli bileşimlerden yüksek entropili kompozitler hazırlandı.Ortaya çıkan kompozitten kalıplanmış düğme, daha fazla test ve karakterizasyon için EDM kullanılarak kesildi.Mikroyapısal çalışmalara yönelik numuneler standart metalografik yöntemlere göre hazırlandı.İlk olarak numuneler, kantitatif faz analizi için Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) yazılımıyla birlikte bir ışık mikroskobu (Leica Microscope DM6M) kullanılarak incelendi.Faz analizi için toplam alanı yaklaşık 27.000 µm2 olan farklı alanlarda alınan üç görüntü seçildi.Kimyasal bileşim analizi ve element dağılım analizi de dahil olmak üzere daha ayrıntılı mikroyapısal çalışmalar, enerji dağılımlı spektroskopi (EDS) analiz sistemi ile donatılmış bir taramalı elektron mikroskobu (JEOL JSM-6490LA) üzerinde gerçekleştirildi.HEA kompozitinin kristal yapısının karakterizasyonu, 0,04° adım boyutuna sahip bir CuKa kaynağı kullanan bir X-ışını kırınım sistemi (Bruker D2 faz kaydırıcı) kullanılarak gerçekleştirildi.Mikroyapısal değişikliklerin HEA kompozitlerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi Vickers mikrosertlik testleri ve sıkıştırma testleri kullanılarak incelenmiştir.Sertlik testi için numune başına en az 10 girinti kullanılarak 15 saniye boyunca 500 N'luk bir yük uygulanır.HEA kompozitlerinin oda sıcaklığında sıkıştırma testleri, Shimadzu 50KN üniversal test makinesinde (UTM) 0,001/s başlangıç gerinim hızında dikdörtgen numuneler (7 mm x 3 mm x 3 mm) üzerinde gerçekleştirildi.
Bundan sonra S-1 ila S-6 örnekleri olarak anılacak olan yüksek entropili kompozitler, bir CoCrFeNi matrisine %3, %6, %9, %12, %15 ve %17 SiC (tümü ağırlıkça %) eklenerek hazırlandı. .sırasıyla.Hiçbir SiC'nin eklenmediği referans numunesi bundan sonra numune S-0 olarak anılacaktır.Geliştirilen HEA kompozitlerinin optik mikrografları Şekil 2'de gösterilmektedir.Çeşitli katkı maddelerinin eklenmesi nedeniyle CoCrFeNi HEA'nın tek fazlı mikro yapısı, farklı morfoloji, boyut ve dağılıma sahip birçok fazdan oluşan bir mikro yapıya dönüştürüldü.Bileşimdeki SiC miktarı.Her fazın miktarı, LAS Phase Expert yazılımı kullanılarak görüntü analizinden belirlendi.Şekil 1'in ekinde (sağ üst), bu analiz için örnek bir alanın yanı sıra her faz bileşeni için alan fraksiyonu gösterilmektedir.
Geliştirilen yüksek entropili kompozitlerin optik mikrografları: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 ve (f) C- 6.Ekte LAS Phase Expert yazılımı kullanılarak kontrast bazlı görüntü faz analizi sonuçlarının bir örneği gösterilmektedir.
Şekil 2'de gösterildiği gibi.Şekil 1a'da, C-1 kompozitinin matris hacimleri arasında oluşan ötektik bir mikro yapı olup, burada matris ve ötektik fazların miktarı sırasıyla %87,9 ± %0,47 ve %12,1 ± %0,51 olarak tahmin edilmektedir.Şekil 1b'de gösterilen kompozitte (C-2) katılaşma sırasında ötektik reaksiyona dair herhangi bir işaret görülmez ve C-1 kompozitinden tamamen farklı bir mikro yapı gözlenir.C-2 kompozitinin mikro yapısı nispeten incedir ve matris fazında (fcc) eşit şekilde dağılmış ince plakalardan (karbürler) oluşur.Matris ve karbürün hacim oranlarının sırasıyla %72 ± 1,69 ve %28 ± 1,69 olduğu tahmin edilmektedir.Matriks ve karbürün yanı sıra, Şekil 1c'de gösterildiği gibi C-3 kompozitinde yeni bir faz (silisit) bulunmuştur; burada bu tür silisit, karbür ve matris fazlarının hacim oranlarının yaklaşık %26,5 ± olduğu tahmin edilmektedir. Sırasıyla %0,41, 25,9 ± 0,53 ve 47,6 ± 0,34.C-4 kompozitinin mikro yapısında da yeni bir faz (grafit) daha gözlendi;toplam dört aşama belirlendi.Grafit fazı, optik görüntülerde koyu kontrastlı belirgin bir küresel şekle sahiptir ve yalnızca küçük miktarlarda mevcuttur (tahmini hacim oranı yalnızca yaklaşık %0,6 ± 0,30'dur).C-5 ve C-6 kompozitlerinde yalnızca üç faz tanımlanmış ve bu kompozitlerdeki koyu kontrastlı grafit fazı pullar halinde görünmektedir.Kompozit S-5'teki grafit pullarla karşılaştırıldığında, Kompozit S-6'daki grafit pullar daha geniş, daha kısa ve daha düzenlidir.Grafit içeriğinde de karşılık gelen bir artış, C-5 kompozitinde %14,9 ± 0,85'ten C-6 kompozitinde yaklaşık %17,4 ± 0,55'e kadar gözlendi.
HEA kompozitindeki her fazın ayrıntılı mikro yapısını ve kimyasal bileşimini daha fazla araştırmak için numuneler SEM kullanılarak incelendi ve EMF nokta analizi ve kimyasal haritalama da yapıldı.Bileşik C-1'in sonuçları şekil 2'de gösterilmektedir.Şekil 2'de ana matris fazının bölgelerini ayıran ötektik karışımların varlığı açıkça görülmektedir.C-1 kompozitinin kimyasal haritası Şekil 2c'de gösterilmektedir; burada Co, Fe, Ni ve Si'nin matris fazında eşit şekilde dağıldığı görülebilmektedir.Bununla birlikte, baz HEA'nın diğer elemanlarıyla karşılaştırıldığında matris fazında az miktarda Cr bulunmuştur, bu da Cr'nin matrisin dışına yayıldığını düşündürmektedir.SEM görüntüsündeki beyaz ötektik fazın bileşiminin krom ve karbon açısından zengin olması krom karbür olduğunu göstermektedir.Mikro yapıda ayrık SiC parçacıklarının bulunmaması, matriste gözlenen düşük krom içeriği ve krom açısından zengin fazlar içeren ötektik karışımların varlığı ile birleştiğinde, erime sırasında SiC'nin tamamen ayrıştığını gösterir.SiC'nin ayrışmasının bir sonucu olarak, silikon matris fazında çözünür ve serbest karbon, krom ile etkileşime girerek krom karbürleri oluşturur.Görülebileceği gibi, EMF yöntemiyle yalnızca karbon niteliksel olarak belirlendi ve faz oluşumu, X-ışını kırınım modellerinde karakteristik karbür tepe noktalarının tanımlanmasıyla doğrulandı.
(a) S-1 örneğinin SEM görüntüsü, (b) büyütülmüş görüntü, (c) element haritası, (d) belirtilen konumlardaki EMF sonuçları.
Kompozit C-2'nin analizi şekil 2'de gösterilmektedir.3. Optik mikroskopideki görünüme benzer şekilde, SEM incelemesi, yapı boyunca eşit olarak dağılmış ince katmanlı bir fazın varlığıyla birlikte yalnızca iki fazdan oluşan ince bir yapıyı ortaya çıkardı.Matris fazı olup ötektik faz yoktur.Katmanlı fazın element dağılımı ve EMF nokta analizi, bu fazda nispeten yüksek bir Cr (sarı) ve C (yeşil) içeriğini ortaya çıkardı; bu, yine SiC'nin erime sırasında ayrışmasını ve açığa çıkan karbonun krom etkisi ile etkileşimini gösterir. .VEA matrisi katmanlı bir karbür fazı oluşturur.Matris fazının element dağılımı ve nokta analizi, kobalt, demir, nikel ve silikonun çoğunun matris fazında mevcut olduğunu gösterdi.
(a) S-2 örneğinin SEM görüntüsü, (b) büyütülmüş görüntü, (c) element haritası, (d) belirtilen konumlardaki EMF sonuçları.
C-3 kompozitlerinin SEM çalışmaları, karbür ve matris fazlarına ek olarak yeni fazların varlığını ortaya çıkardı.Element haritası (Şekil 4c) ve EMF nokta analizi (Şekil 4d), yeni fazın nikel, kobalt ve silikon açısından zengin olduğunu göstermektedir.
(a) S-3 örneğinin SEM görüntüsü, (b) büyütülmüş görüntü, (c) element haritası, (d) belirtilen konumlardaki EMF sonuçları.
C-4 kompozitinin SEM ve EMF analizinin sonuçları Şekil 2'de gösterilmektedir.5. Kompozit C-3'te gözlenen üç faza ek olarak grafit nodüllerinin varlığı da bulunmuştur.Silikon açısından zengin fazın hacim oranı da C-3 kompozitinkinden daha yüksektir.
(a) S-4 örneğinin SEM görüntüsü, (b) büyütülmüş görüntü, (c) element haritası, (d) belirtilen konumlardaki EMF sonuçları.
S-5 ve S-6 kompozitlerinin SEM ve EMF spektrumlarının sonuçları sırasıyla Şekil 1 ve 2. 6 ve 7'de gösterilmektedir.Az sayıda kürenin yanı sıra grafit pullarının varlığı da gözlendi.C-6 kompozitindeki hem grafit pullarının sayısı hem de silikon içeren fazın hacim oranı, C-5 kompozitindekinden daha fazladır.
(a) C-5 örneğinin SEM görüntüsü, (b) büyütülmüş görünüm, (c) element haritası, (d) belirtilen konumlardaki EMF sonuçları.
(a) S-6 örneğinin SEM görüntüsü, (b) büyütülmüş görüntü, (c) element haritası, (d) belirtilen konumlardaki EMF sonuçları.
HEA kompozitlerinin kristal yapı karakterizasyonu da XRD ölçümleri kullanılarak yapıldı.Sonuç Şekil 8'de gösterilmektedir. WEA bazının (S-0) kırınım modelinde yalnızca fcc fazına karşılık gelen tepe noktaları görülebilir.C-1, C-2 ve C-3 kompozitlerinin X-ışını kırınım desenleri, krom karbüre (Cr7C3) karşılık gelen ek tepe noktalarının varlığını ortaya çıkardı ve bunların yoğunluğu, C-3 ve C-4 numuneleri için daha düşüktü; bu aynı zamanda bu numuneler için EMF verileriyle de ilgilidir.S-3 ve S-4 örnekleri için Co/Ni silisidlere karşılık gelen zirveler gözlendi; bu yine Şekil 2 ve 3'te gösterilen EDS haritalama sonuçlarıyla tutarlıydı. Şekil 3 ve Şekil 4'te gösterildiği gibi. 5 ve S-6 zirveleri gözlendi Grafit'e karşılık gelir.
Geliştirilen kompozitlerin hem mikroyapısal hem de kristalografik özellikleri eklenen SiC'nin ayrışmasını gösterdi.Bunun nedeni VEA matrisinde kromun bulunmasıdır.Krom, karbon 54.55'e çok güçlü bir afiniteye sahiptir ve matrisin krom içeriğinde gözlemlenen azalmanın gösterdiği gibi, serbest karbonla reaksiyona girerek karbürler oluşturur.Si, SiC56'nın ayrışması nedeniyle fcc fazına geçer.Böylece HEA bazına SiC ilavesinin artması, mikro yapıdaki karbür fazı miktarının ve serbest Si miktarının artmasına neden olmuştur.Bu ilave Si'nin matriste düşük konsantrasyonlarda (S-1 ve S-2 kompozitlerinde) biriktiği, daha yüksek konsantrasyonlarda ise (S-3 ila S-6 kompozitlerinde) ilave kobalt birikmesine yol açtığı bulunmuştur.nikel silisit.Doğrudan sentez yüksek sıcaklık kalorimetresi ile elde edilen Co ve Ni silisidlerinin standart oluşum entalpisi, Co2Si, CoSi ve CoSi2 için sırasıyla -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1'dir. Ni2Si ve Ni5Si2 için değerler sırasıyla – 50,6 ± 1,7 ve – 45,1 ± 1,4 kJ mol-157'dir.Bu değerler SiC'nin oluşum ısısından daha düşüktür, bu da SiC'nin Co/Ni silisidlerin oluşumuna yol açan ayrışmasının enerji açısından uygun olduğunu gösterir.Hem S-5 hem de S-6 kompozitlerinde, silisit oluşumunun ötesinde emilen ilave serbest silikon mevcuttu.Bu serbest silikonun geleneksel çeliklerde gözlenen grafitleşmeye katkıda bulunduğu bulunmuştur58.
HEA bazlı geliştirilen seramik takviyeli kompozitlerin mekanik özellikleri basma testleri ve sertlik testleri ile araştırılmaktadır.Geliştirilen kompozitlerin gerilim-gerinim eğrileri Şekil 2'de gösterilmektedir.Şekil 9a ve Şekil 9b'de geliştirilen kompozitlerin spesifik akma mukavemeti, akma mukavemeti, sertlik ve uzaması arasındaki dağılım grafiği gösterilmektedir.
(a) Basınç gerinim eğrileri ve (b) spesifik akma gerilmesini, akma mukavemetini, sertliği ve uzamayı gösteren dağılım grafikleri.S-5 ve S-6 numuneleri önemli döküm kusurları içerdiğinden yalnızca S-0 ila S-4 numunelerinin gösterildiğine dikkat edin.
Şekil 2'de görüldüğü gibi.Şekil 9'da akma mukavemeti VES (C-0) bazı için 136 MPa'dan C-4 kompoziti için 2522 MPa'ya yükselmiştir.Temel WPP ile karşılaştırıldığında, S-2 kompoziti yaklaşık %37 oranında kopmaya kadar çok iyi bir uzama gösterdi ve ayrıca önemli ölçüde daha yüksek akma dayanımı değerleri (1200 MPa) gösterdi.Bu kompozitin mükemmel mukavemet ve süneklik kombinasyonu, dislokasyon hareketini engellemesi beklenen ince karbür lamellerin mikro yapı boyunca düzgün dağılımı da dahil olmak üzere genel mikro yapıdaki iyileşmeden kaynaklanmaktadır.C-3 ve C-4 kompozitlerinin akma dayanımları sırasıyla 1925 MPa ve 2522 MPa'dır.Bu yüksek akma mukavemetleri semente karbür ve silisit fazlarının yüksek hacimli fraksiyonu ile açıklanabilir.Bununla birlikte, bu fazların varlığı aynı zamanda sadece %7'lik bir kopma uzamasıyla sonuçlanmıştır.CoCrFeNi HEA (S-0) ve S-1 baz kompozitlerinin gerilim-gerinim eğrileri dışbükeydir ve eşleştirme etkisinin veya TRIP59,60'ın aktivasyonunu gösterir.S-1 numunesi ile karşılaştırıldığında, S-2 numunesinin gerilim-gerinim eğrisi yaklaşık %10,20'lik bir gerinimde içbükey bir şekle sahiptir; bu, normal dislokasyon kaymasının, numunenin bu deforme durumdaki ana deformasyon modu olduğu anlamına gelir60,61 .Bununla birlikte, bu numunedeki sertleşme oranı geniş bir gerinim aralığında yüksek kalır ve daha yüksek gerinimlerde dışbükeyliğe geçiş de görülebilir (ancak bunun yağlanmış basınç yüklerinin başarısızlığından kaynaklandığı göz ardı edilemez).).C-3 ve C-4 kompozitleri, mikro yapıda daha yüksek hacimli karbür ve silisit fraksiyonlarının varlığından dolayı yalnızca sınırlı plastikliğe sahiptir.C-5 ve C-6 kompozit numunelerinin sıkıştırma testleri, bu kompozit numunelerindeki önemli döküm kusurları nedeniyle yapılmamıştır (bkz. Şekil 10).
C-5 ve C-6 kompozit numunelerindeki döküm kusurlarının stereomikrografları (kırmızı oklarla gösterilmiştir).
VEA kompozitlerinin sertliğinin ölçülmesinin sonuçları Şekil 2'de gösterilmektedir.9b.WEA bazının sertliği 130±5 HV olup, S-1, S-2, S-3 ve S-4 numunelerinin sertlik değerleri 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV ve 755±20 HV.Sertlikteki artış, basma testlerinden elde edilen akma mukavemetindeki değişiklikle iyi bir uyum içindeydi ve kompozitteki katı madde miktarındaki artışla ilişkilendirildi.Her numunenin hedef bileşimine dayalı olarak hesaplanan spesifik akma mukavemeti de Şekil 2'de gösterilmektedir.9b.Genel olarak, akma mukavemeti (1200 MPa), sertlik (275 ± 10 HV) ve kopmaya karşı göreceli uzama (~%37) arasındaki en iyi kombinasyon C-2 kompoziti için gözlemlenmiştir.
Geliştirilen kompozitin akma mukavemeti ve göreceli uzamasının farklı sınıflardaki malzemelerle karşılaştırılması Şekil 11a'da gösterilmektedir.Bu çalışmada CoCrFeNi bazlı kompozitler herhangi bir stres seviyesinde yüksek uzama göstermiştir62.Bu çalışmada geliştirilen HEA kompozitlerinin özelliklerinin, akma dayanımına karşı uzama grafiğinin daha önce boş olan bölgesinde yer aldığı da görülebilir.Ayrıca geliştirilen kompozitler çok çeşitli mukavemet (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa ve 2522 MPa) ve uzama (>%60, %37, %7,3 ve %6,19) kombinasyonlarına sahiptir.Akma dayanımı aynı zamanda ileri mühendislik uygulamalarına yönelik malzeme seçiminde de önemli bir faktördür63,64.Bu bağlamda mevcut buluşun HEA kompozitleri mükemmel bir akma mukavemeti ve uzama kombinasyonu sergiler.Bunun nedeni, düşük yoğunluklu SiC eklenmesinin, yüksek spesifik akma mukavemetine sahip kompozitlerle sonuçlanmasıdır.HEA kompozitlerinin spesifik akma mukavemeti ve uzaması, Şekil 11b'de gösterildiği gibi HEA FCC ve refrakter HEA ile aynı aralıktadır.Geliştirilen kompozitlerin sertliği ve akma mukavemeti masif metalik camlarla65 aynı aralıktadır (Şekil 11c).Masif metalik camlar (BMS), yüksek sertlik ve akma mukavemeti ile karakterize edilir, ancak uzamaları sınırlıdır66,67.Ancak bu çalışmada geliştirilen bazı HEA kompozitlerinin sertliği ve akma dayanımı da önemli ölçüde uzama göstermiştir.Böylece VEA tarafından geliştirilen kompozitlerin çeşitli yapısal uygulamalar için benzersiz ve aranan mekanik özellikler kombinasyonuna sahip olduğu sonucuna varıldı.Mekanik özelliklerin bu benzersiz kombinasyonu, FCC HEA matrisinde yerinde oluşturulan sert karbürlerin düzgün dağılımı ile açıklanabilir.Bununla birlikte, daha iyi bir mukavemet kombinasyonu elde etme hedefinin bir parçası olarak, seramik fazların eklenmesinden kaynaklanan mikroyapısal değişiklikler, S-5 ve S-6 kompozitlerinde bulunanlar gibi döküm kusurlarını önlemek için dikkatle incelenmeli ve kontrol edilmelidir. süneklik.cinsiyet.
Bu çalışmanın sonuçları çeşitli yapısal malzemeler ve HEA'lar ile karşılaştırıldı: (a) uzama karşısında akma dayanımı62, (b) spesifik akma gerilimine karşı süneklik63 ve (c) akma dayanımına karşı sertlik65.
HEA CoCrFeNi sistemine dayanan ve SiC ilaveli bir dizi HEA-seramik kompozitin mikro yapısı ve mekanik özellikleri incelenmiş ve aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır:
Yüksek entropili alaşımlı kompozitler, ark eritme yöntemi kullanılarak CoCrFeNi HEA'ya SiC eklenerek başarılı bir şekilde geliştirilebilir.
SiC, ark eritme sırasında ayrışır ve yerinde karbür, silisit ve grafit fazlarının oluşumuna yol açar; bunların varlığı ve hacim oranı, HEA bazına eklenen SiC miktarına bağlıdır.
HEA kompozitleri, akma mukavemeti ve uzama grafiğinde daha önce kullanılmayan alanlara denk gelen özelliklerle birçok mükemmel mekanik özellik sergiler.Ağırlıkça %6 SiC kullanılarak yapılan HEA kompozitinin akma mukavemeti, %37 sünekliği korurken baz HEA'nın sekiz katından daha fazlaydı.
HEA kompozitlerinin sertliği ve akma dayanımı, toplu metalik camlar (BMG) aralığındadır.
Bulgular, yüksek entropili alaşımlı kompozitlerin, gelişmiş yapısal uygulamalar için metal-mekanik özelliklerin mükemmel bir kombinasyonunu elde etmede umut verici bir yaklaşımı temsil ettiğini göstermektedir.
Gönderim zamanı: Temmuz-12-2023