Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2021,  том 18,  №4, 422-431

 

Юрий Федорович Иванов1†, Виктор Евгеньевич Громов2, Сергей Валерьевич Коновалов3, Юлия Андреевна Шлярова4, Сергей Владимирович Воробьев5, Владимир Яковлевич Целлермаер6

Структура и дислокационная субструктура высокоэнтропийного сплава CoCrFeMnNi после облучения импульсными электронными пучками

1 Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия
2, 4, 5, 6 Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия
3 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, ул. Московское шоссе, 34, 443086, Самара, Россия
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
†, https://orcid.org/0000-0001-8022-7958
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-5147-5343
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-4809-8660
4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
, https://orcid.org/0000-0001-5677-1427
5 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
, https://orcid.org/0000-0003-3957-0249
6 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-1233-7810

Используя технологию проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM) в атмосфере чистого азота был получен высокоэнтропийный сплав (ВЭС) системы CoCrFeMnNi неэквиатомного состава: Cr – 15,5 ат.%, Mn – 3,1 ат.%, Fe – 38,9 ат.%, Co – 24,6 ат.%, Ni – 17,9 ат.%. Методами картирования выявлено однородное распределение элементов в объеме сплава. Установлено образование градиентной дислокационной субструктуры после облучения ВЭС импульсными электронными пучками с плотностью энергии 30 Дж/см2, длительностью импульса пуча 50 мкс, частотой следования импульсов 0,3 Гц, количеством импульсов облучения 3. Облучение ВЭС с такими параметрами не изменяет элементный состав сплава. В зависимости от расстояния до поверхности облучения образуются различные типы дислокационных субструктур. В поверхностном слое формируется неразорентированная ячеистая дислокационная субструктура, в объеме ячеек которой выявлено хаотическое распределение дислокаций. На расстоянии 25 мкм формируется неразориентированная ячеисто-сетчатая дислокационная субструктура, а на расстоянии 45 мкм к ней добавляются хаотически распределенные дислокации. При удалении на расстояние 120-130 мкм от поверхности облучения дислокационная субструктура в виде хаоса становится основной. Скалярная плотность дислокаций немонотонно изменяется в зависимости от расстояния от поверхности облучения в пределах 2,75∙1010 см-2 – 5,5∙1010 см-2, достигая максимума на глубине 25 мкм. Обсуждены возможные причины такой экстремальной зависимости. Отсутствие на ПЭМ изображениях структур ВЭС изгибных контуров экстинкции свидетельствует о высокой пластичности ВЭС после электронно-пучковой обработки.

Ключевые слова: высокоэнтропийный сплав, импульсный электронный пучок, облучение, структура, элементный и фазовый состав.

УДК 669.017.15

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2021.04.004


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 18, No.4 (2021) 422-431

 

Yurii F. Ivanov1†, Victor E. Gromov2, Sergey V. Konovalov3, Yulia A. Shliarova4, Sergey V. Vorob’ev5, Vladimir Ya. Tsellermaer6

Structure and dislocation substructure of СoCrFeMnNi high-entropy alloy after irradiation with pulsed electron beams

1 Institute of High Current Electronics SB RAS, Academicheskiy Pr., 2/3, Tomsk, 634055, Russia
2, 4, 5, 6 Siberian State Industrial University, Kirov Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia
3 Samara National Research University, Moskovskoe Route, 34, Samara, 443086, Russia
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
†, https://orcid.org/0000-0001-8022-7958
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-5147-5343
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-4809-8660
4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
, https://orcid.org/0000-0001-5677-1427
5 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
, https://orcid.org/0000-0003-3957-0249
6 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-1233-7810

Using technology of wire-arc additive manufacturing (WAAM) in atmosphere of pure nitrogen a high-entropy alloy (HEA) of CoCrFeMnNi system of nonequiatomic composition (Cr – 15.5 at.%, Mn – 3.1 at.%,          Fe – 38.9 at.%, Co – 24.6 at.%, Ni – 17.9 at.%) was obtained. By mapping methods a homogeneous distribution of elements in bulk of the alloy was detected. The formation of gradient dislocation substructure after HEA’s irradiation with pulsed electron beams with energy density of 30 J/cm2, beam pulse duration of 50 μs, pulse repetition rate of 0.3 Hz, number of irradiation pulses 3 was established. Depending on distance to irradiation surface the different types of dislocation substructures are formed. In surface layer a nondisoriented cellular dislocation substructure formed in whose cells’ bulk a chaotic distribution of dislocations is detected. At a distance of 25 μm a nondisoriented cellular-netlike dislocation substructure is formed, at a distance of 45 μm the chaotically distributed dislocations are added to it. When moving away at a distance of 120-130 μm from irradiation surface the main dislocation substructure is a chaotic one. Scalar dislocation density varies nonmonotonically depending on distance from irradiated surface in the limits of 2.75∙1010 cm-2 – 5.5∙1010 cm-2, reaching the maximum at a depth of 25 μm. Possible reasons of the extreme dependence are discussed. The absence of bend extinction contours on TEM images of HEA structures is indicative of HEA high plasticity after electron-beam processing.

Keywords: high-entropy alloy, pulsed electron beam, irradiation, structure, elemental and phase composition.