Закономірності формування структури та механічних властивостей високоентропійних сплавів системи Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V в процесі механічного легування та спікання

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorЧернявський, Вадим Вікторович
dc.contributor.degreedepartmentВисокотемпературних матеріалів та порошкової металургіїuk
dc.contributor.degreefacultyІнженерно-фізичнийuk
dc.contributor.degreegrantorНаціональний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»uk
dc.date.accessioned2016-12-06T15:29:22Z
dc.date.available2016-12-06T15:29:22Z
dc.date.issued2016
dc.description.abstractenThe present study reports synthesis of nanostructured high entropy solid solutions in Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V system by mechanical alloying (MA). Milling was carried in high energy planetary ball mill and attritor mill. Petrol and ethanol was used as a process controlling agent. MA in petrol in planetary ball mill finished the fastest. The alloying rate is found to correlate best with the melting point of the elements among metallurgical factors. The mechanism for this correlation is explained through the effect of melting point on solid-state diffusion and mechanical disintegration which are critical for the final alloying. During MA, a supersaturated solid solutions consisting of a metastable BCC phase were formed. The phase composition transforms to new BCC and one or two FCC solid solutions when the MA powders were annealed or sintered. The BCC and FCC solid solution structure without intermetallic and other phases can be maintained even after the alloy was annealed at 1000 °C. The alloyed powders were consolidated by pressure sintering (PS) and spark plasma sintering (SPS). The Vickers’s hardness of PS and SPS nanocrystalline equiatomic AlCuNiFeTi HEA is 11,22±0,30 GPa and 9,85±0,31 GPa, respectively, and equiatomic AlCuNiFeCr HEA is9,18±0,25 GPa and 8,50±0,37 GPa, respectively. PS compared with SPS increases the mechanical properties of the samples to 10-15 %, saved nanocrystalline structure and phase state (as MA).en
dc.description.abstractruРабота посвящена установлению закономерностей формирования структуры, фазового состава и физико-механических свойств многокомпонентных Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V сплавов в процессе механического легирования (МЛ) и последующего спекания. Изучено влияние технологических условий и энергетических параметров процесса МЛ (в атриторной и планетарной мельницах с использованием в качестве ПАВ бензина и спирта) на кинетику формирования многокомпонентных металлических сплавов системы Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V. Установлено, что процесс МЛ в планетарной мельнице протекает значительно интенсивнее, чем в атриторной. Использование в качестве ПАВ бензина, по сравнению со спиртом, ускоряет процесс МЛ и время сплавообразования сокращается в 2 раза. Установлено, что в процессе МЛ эквиатомных смесей в системах Al-Cu-NiFe-Cr; Al-Cu-Ni-Fe-Ti; Al-Cu-Ni-Fe-Cr-V; Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti формируются однофазные сплавы на основе пересыщенных твердых растворов замещения с ОЦК структурой и средним размером кристаллитов ~15 нм. Формирование интерметаллидов и других упорядоченных фаз в сплавах не выявлено. Показано, что образование только твердых растворов замещения связано с высокой энтропией смешения в ВЕСах (ΔSmix>11 Дж∙К⁻¹∙моль⁻¹), которая намного выше, чем энтропия интерметаллидов, соответственно, свободная энергия Гиббса твердого раствора ниже, чем энергия Гиббса интерметаллидов, поэтому преимущественно формируется твердый раствор. Показано, что взаимная растворимость компонентов интенсифицируется после измельчения их структуры до нанокристаллического состояния (< 60 нм), при этом последовательность растворения компонентов коррелирует с их температурой плавления, а образование пересыщенного твердого раствора замещения происходит на основе элементов с низкой диффузионной активностью, что подтверждает диффузионный механизм фазообразования. На сплавах AlxCuNiFeTi, где х = 0,0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 моль, показано, что Al является активатором формирования и стабилизатором ОЦК твердого раствора в процессе МЛ, а увеличение концентрации Al от 1,0 до 2,0 молей ускоряет процесс формирования твердых растворов с ОЦК кристаллической структурой. При этом, степень измельчения структуры сплавов увеличивается приблизительно в четыре раза (сплав Al2,0CuNiFeTi) по сравнению со сплавом без алюминия (сплав Al0,0CuNiFeTi). Установлено, что с увеличением разницы атомных радиусов δ от 5,18 до 7,16 % термостабильность AlCuNiFeCrV, AlCuNiFeCr и AlCuNiFeTi сплавов повышается от 500 до 650 °С, а температура, до которой они сохраняют наносостояние, повышается от 700 до 1000 °С, соответственно. После отжига при 500°С (AlCuNiFeCrV и AlCuNiFeCr) и 650 °С (AlCuNiFeTi) сплавы из однофазных (ОЦК твердый раствор) превращаются в 2-х фазные (ОЦК+ГЦК), а с повышением температуры до 600 °С (AlCuNiFeCr), 800 °С (AlCuNiFeTi) и 1000 °С (AlCuNiFeCrV) выделяется небольшое количество ГЦК1 фазы и они стают 3-х фазными (ОЦК+ГЦК+ГЦК1). Проведено компактирование порошков ВЭСов AlCuNiNiFeTi и AlCuNiNiFeCr методами вакуумного спекания, спекания под давлением (СПТ) и електроразрядного спекания (ЕРС). Спеченные образцы состоят преимущественно из ОЦК твердого раствора и 2-х ГЦК твердых растворов, интерметаллидных фаз не обнаружено. В состав твердых растворов входят все исходные компоненты, при этом ОЦК твердые растворы обогащены Al, Fe, Cr или Ti, а ГЦК фазы имеют повышенную концентрацию Cu и Ni. Установлено, что для получения образцов с минимальной пористостью (<1 об. %) и максимально возможным сохранением фазового состава (ОЦК твердого раствора) и наноструктурного состояния, полученных при МЛ, спекание порошков ВЕСов необходимо проводить с одновременным приложением давления такими методами, как СПТ и ЭРС при температуре 800 °С, давлениях 5 ГПа и 150 МПа в течение 30 и 15 мин, соответственно. При этом, СПТ, по сравнению с ЭРС, позволяет повысить механические свойства спеченных образцов на 10-15 %. Например микротвердость HV сплава AlCuNiFeTi возрастает от 9,85 ± 0,31 до 11,22 ± 0,30 ГПа, а сплава AlCuNiFeCr от 8,50 ± 0,37 до 9,18 ± 0,25 ГПа, благодаря более полному сохранению фазового состава и наноструктурного состояния в консолидированных образцах, средний размер кристаллитов после СПТ составляет ≈25 нм. Испытания показали, что износостойкость AlCuNiFeCr и AlСuNiFeTi сплавов, полученных МЛ и последующим спеканием методом СПТ примерно в 2-2,5 раза выше износостойкости этих сплавов после ЕРС и в 3-3,7 раза выше по сравнению с износостойкостью закаленной стали 45.ru
dc.description.abstractukРобота присвячена встановленню закономірностей формування структури, фазового складу та фізико-механічних властивостей багатокомпонентних Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V сплавів в процесі механічного легування та наступного спікання. Експериментально встановлено, що для підвищення енергоефективності механічного легування (МЛ), процес доцільно проводити в планетарному млині в середовищі бензину. Показано, що послідовність сплавлення/розчинення елементів у сплавах корелює з їх температурою плавлення, а сплавлення починає протікати після подрібнення кристалічної структури до нанорозмірного стану (< 60 нм). Під час процесу МЛ формуються пересичені тверді розчини заміщення з ОЦК кристалічною ґраткою і нанокристалічною структурою. Al у сплавах виступає активатором формування та стабілізатором фази з ОЦК кристалічною структурою. Встановлено, що навіть після відпалу при температурі 1000 °С сплави складаються із фаз на основі ОЦК і ГЦК кристалічних структур. В роботі показано, що спікання порошків ВЕСів, отриманих МЛ, необхідно проводити з одночасним прикладанням тиску, тобто, такими методами, як: електророзрядне спікання (ЕРС) та спіканням під тиском (СПТ). Метод СПТ, порівняно з ЕРС, дозволяє підвищити механічні властивості сплавів приблизно на 10-15 % (наприклад, мікротвердість HV зростає від 9,85±0,31 до 11,22±0,30 ГПа у сплаві AlCuNiFeTi та з 8,50±0,37 до 9,18±0,25 ГПа у сплаві AlCuNiFeCr), завдяки більш повному збереженню фазового складу та наноструктурного стану в консолідованих зразках.uk
dc.format.page26 с.uk
dc.identifier.citationЧернявський, В. В. Закономірності формування структури та механічних властивостей високоентропійних сплавів системи Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V в процесі механічного легування та спікання : автореф. дис. … канд. техн. наук. : 05.16.06 – порошкова металургія та композиційні матеріали / Чернявський Вадим Вікторович. – Київ, 2016. – 26 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/18239
dc.language.isoukuk
dc.publisherНТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського»uk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.status.pubpublisheduk
dc.subjectвисокоентропійний сплавuk
dc.subjectмеханічне легуванняuk
dc.subjectповерхнево-активні речовиниuk
dc.subjectфазовий складuk
dc.subjectтвердий розчин заміщенняuk
dc.subjectспіканняuk
dc.subjectтермічна стабільністьuk
dc.subjectнанокристалічна структураuk
dc.subjectмеханічні властивостіuk
dc.subjecthigh entropy alloyen
dc.subjectmechanical alloyingen
dc.subjectsurface active substancesen
dc.subjectphase compositionen
dc.subjectsubstitutional solid solutionen
dc.subjectsinteringen
dc.subjectthermal stabilityen
dc.subjectnanocrystalline structureen
dc.subjectmechanical propertiesen
dc.subjectвысокоэнтропийный сплавru
dc.subjectмеханическое легированиеru
dc.subjectповерхностно-активные веществаru
dc.subjectфазовый составru
dc.subjectтвердый раствор замещенияru
dc.subjectспеканиеru
dc.subjectтермическая стабильностьru
dc.subjectнанокристаллическая структураru
dc.subjectмеханические свойстваru
dc.subject.udc669.017.15:621.762]:53(043.3)uk
dc.titleЗакономірності формування структури та механічних властивостей високоентропійних сплавів системи Al-Cu-Ni-Fe-Cr-Ti-V в процесі механічного легування та спіканняuk
dc.typeThesisuk
thesis.degree.levelcandidateuk
thesis.degree.nameкандидат технічних наукuk
thesis.degree.speciality05.16.06 – порошкова металургія та композиційні матеріалиuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Cherniavskii_aref.pdf
Розмір:
2.08 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (ВМПМ ІФФ)
Автореферати (вільний доступ)