ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 669.017.14
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-2-82-92
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Высокоэнтропийный сплав (ВЭС) CoCrFeNi является материалом с низкой энергией дефекта упаковки, что облегчает образование двойников в процессе пластической деформации при криогенных температурах. Эквиатомный состав и простая однофазная ГЦК-структура делают этот сплав одним из наиболее перспективных для промышленного освоения. Однако в литом состоянии ВЭС CoCrFeNi обладает невысокими пределом текучести (≈200 МПа) и пределом прочности (≈500 МПа). Обычные методы пластической обработки не могут в полной мере реализовать потенциал упрочнения ВЭС CoCrFeNi, поэтому его механические и эксплуатационные характеристики нуждаются в дальнейшем улучшении. Для решения проблемы повышения механических свойств ВЭС CoCrFeNi может быть применен метод асимметричной криогенной прокатки. Криогенная деформация может способствовать формированию нанодвойников, а скоростная асимметрия – формированию микрополос сдвига с высокой плотностью дислокаций и переходу механизма деформации от скольжения дислокаций к двойникованию. Соответственно, исследование механизмов деформации и упрочнения, реализующихся в ВЭС CoCrFeNi при асимметричной криогенной прокатке, является актуальным. Цель работы. Исследование влияния процесса асимметричной криогенной прокатки на микроструктуру и механические свойства высокоэнтропийного сплава CoCrFeNi. Используемые методы. Изготовление ВЭС CoCrFeNi выполнялось в лаборатории Центрального южного университета (Чанша, Китай) методом вакуумной левитационной плавки. Микроструктуру и механические свойства ВЭС CoCrFeNi исследовали как в литом состоянии, так и после прокатки по трем различным вариантам: 1) прокатка (симметричная) при комнатной температуре (25 °С); 2) криогенная (симметричная) прокатка (-196 °С); 3) асимметричная криогенная прокатка (-196 °С). Асимметричную криогенную прокатку также осуществляли в лаборатории Центрального южного университета (Чанша, Китай) на четырехвалковом реверсивном стане в рабочих валках одинакового диаметра 80 мм при соотношении скоростей валков . Для создания криогенных условий прокатки использовали жидкий азот. Исходные прямоугольные листовые заготовки размером 3×50×150 мм прокатывали за несколько проходов по четырем вариантам до толщины 2,4, 1,8, 1,2 и 0,6 мм соответственно. Испытания образцов на растяжение проводили с использованием универсальной машины Shimadzu AGS-X 10 кН. Однородность распределения химических элементов определяли методом энергодисперсионной спектроскопии (EDS) (Oxford X-Max20). Анализ методом EBSD проводился с использованием детектора Nordly Max3, подключенного к сканирующему электронному микроскопу с полевой эмиссией JSM-7800F. EBSD-анализ осуществлялся с помощью программного обеспечения Aztec Crystal. Микроструктуру образцов, прокатанных с общей деформацией 80%, дополнительно исследовали с помощью просвечивающего электронного микроскопа Philips CM200 (FEG-TEM). Результат. ВЭС CoCrFeNi после асимметричной криогенной прокатки с суммарным обжатием 80% достигал наибольшей прочности (1,45 ГПа) среди трех вариантов прокатки. Установлено, что высокая прочность ВЭС была обусловлена нанодвойниками, формирование которых было вызвано накопленными внутри дефектами упаковки при асимметричной криогенной прокатке. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации режимов пластической деформации высокоэнтропийного сплава CoCrFeNi и улучшения его механических характеристик, требуемых для применения в экстремальных условиях эксплуатации.
Ключевые слова
Высокоэнтропийный сплав CoCrFeNi, криогенная асимметричная прокатка, скоростная асимметрия, деформация, микроструктура, механические свойства.
Для цитирования
Влияние криогенной асимметричной прокатки на микроструктуру и механические свойства высокоэнтропийного сплава CoCrFeNi / Ву Ю., Ю Х., Песин А.М., Пустовойтов Д.О. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №2. С. 82-92. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-2-82-92
1. High entropy alloys: A review of preparation techniques, properties and industry applications / Yang Y.-F., Hu F., Xia T. [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2025, vol. 1010, 177691. doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177691.
2. Ремпель А.А., Гельчинский Б.Р. Высокоэнтропийные сплавы: получение, свойства, практическое применение // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2020. 63(3-4). С. 248-253. doi.org/10.17073/0368-0797-2020-3-4-248-253.
3. George E.P., Raabe D., Ritchie R.O. High-entropy alloys // Nature Reviews Materials. 2019, no. 4, pp. 515-534. doi.org/10.1038/s41578- 019-0121-4. 551.
4. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Materialia. 2017, 122, 448-511. doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081.
5. Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Исследование термических свойств системы высокоэнтропийных сплавов на основе CoCrFeMnNi методом дифференциального термического анализа // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №1. С. 54-61. doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-1-54-61.
6. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications / Gludovatz B., Hohenwarter A., Catoor D. [et al.] // Science. 2014, vol. 345, 6201, pp. 1153-1158. DOI: 10.1126/science.1254581.
7. Temperature-dependent hardening contributions in CrFeCoNi high-entropy alloy / Naeem M., He H., Harjo S. [et al.] // Acta Materialia. 2021, vol. 221, 117371. doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117371.
8. Pustovoytov D., Pesin A., Tandon P. Asymmetric (Hot, Warm, Cold, Cryo) Rolling of Light Alloys: A Review // Metals. 2021, 11, 956. doi.org/10.3390/met11060956.
9. Special rolling techniques for improvement of mechanical properties of ultrafine-grained metal sheets: A review / Yu H., Lu C., Tieu A.K. [et al.] // Advanced Engineering Materials. 2016, 18(5), pp. 754-769.
10. Моделирование немонотонности течения металла при асимметричной тонколистовой прокатке с рассогласованием скоростей валков / Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Швеева Т.В. [и др.] // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова. 2017. Т. 15. № 1. С. 56-63. doi 10.18503/1995-2732-2017-15-1-56-63.
11. Jeong H.T., Kim W.J. Effect of roll speed ratio on the texture and microstructural evolution of an FCC high-entropy alloy during differential speed rolling // Journal of Materials Science & Technology. 2022, vol. 111, pp. 152-166. doi.org/10.1016/j.jmst.2021.08.038.
12. Deformation mechanism and mechanical properties of a CoCrFeNi high-entropy alloy via room-temperature rolling, cryorolling, and asymmetric cryorolling / Wu Y., Liu S., Luo K. [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2023, 960, 170883.
13. Dasharath S.M., Mula S. Microstructural evolution and mechanical properties of low SFE Cu-Al alloys processed by cryorolling followed by short-annealing // Materials & Design. 2016, 99, pp. 552-564. doi.org/10.1016/j.matdes.2016.03.095.
14. Excellent ductility and serration feature of metastable CoCrFeNi high-entropy alloy at extremely low temperatures / Liu J., Guo X., Lin Q. [et al.] // Science China Materials. 2019, 62(6), pp. 853-863. doi.org/10.1007/s40843-018-9373-y.
15. Effect of cryo-deformation on structure and properties of CoCrFeNiMn high-entropy alloy / Stepanov N., Tikhonovsky M., Yurchenko N. [et al.] // Intermetallics. 2015, 59, pp. 8-17. doi.org/10.1016/j.intermet.2014.12.004.
16. Achieving ultra-high strength in a face-centered-cubic FeCrCoNi high entropy alloy through dense nanotwins bundles structure prepared by cryo-rolling / Zeng L., Zeng L., Gao R. [et al.] // Intermetallics. 2022, vol. 148, 107638. doi.org/10.1016/j.intermet.2022.107638.
17. Deformation mechanism and mechanical properties of a CoCrFeNi high-entropy alloy via room-temperature rolling, cryorolling, and asymmetric cryorolling / Wu Y., Liu S., Luo K. [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2023, 960, 170883. doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170883.
18. Phase reversion-induced heterogeneous structure in a ferrous medium-entropy alloy via cryorolling and annealing / Liu S., Luo K., Gu H. [et al.] // Scripta Materialia. 2023, 222, 115004. doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.115004.
19. Amit Joshi, Yogesha K.K., Jayaganthan R. Influence of cryorolling and followed by annealing on high cycle fatigue behavior of ultrafine grained Al 2014 alloy // Materials Characterization. 2017, vol. 127, pp. 253-271. doi.org/10.1016/j.matchar.2017.02.003.
20. Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Ultrafine‐Grained Ti Fabricated by Cryorolling and Subsequent Annealing / Yu H., Wang L., Yan M. [et al.] // doi.org/10.1002/adem.201901463.