Зарождение пластической деформации в высокоэнтропийных ГЦК сплавах CoCrFeMnNi неэквиатомного состава при высокоскоростном нагружении

Получена: 25 апреля 2018; Исправлена: 19 июня 2018; Принята: 26 июня 2018
Цитирование: А.В. Корчуганов. Зарождение пластической деформации в высокоэнтропийных ГЦК сплавах CoCrFeMnNi неэквиатомного состава при высокоскоростном нагружении. Письма о материалах. 2018. Т.8. №3. С.311-316
BibTex   DOI: 10.22226/2410-3535-2018-3-311-316

Аннотация на русском языке

Главные механизмы пластической деформации при высокоскоростном сжатии и растяжении монокристаллов CoCrFeMnNi – формирование дефектов упаковки и полос с ГПУ решеткой, последующее двойникование происходит только при растяжении. Отклонение от эквиатомного состава позволяет существенно улучшить физико-механические свойства данного сплава.На основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики исследованы особенности зарождения и развития пластической деформации при высокоскоростном механическом нагружении монокристаллов высокоэнтропийного сплава CoCrFeMnNi с различным стехиометрическим составом. Чтобы получить термодинамически равновесное распределение химических элементов, релаксация образцов проводилась с использованием метода Монте-Карло. Расчеты показали, что увеличение доли Co и Ni или уменьшение доли Cr, Fe и Mn приводит к увеличению модуля Юнга сплава. На основе этих расчетов были выбраны и исследованы два образца различного стехиометрического состава: Co30Cr30Fe10Mn10Ni20 (Co30Cr30-образец) и Co10Cr10Fe30Mn30Ni20 (Fe30Mn30-образец), с высоким и низким модулем Юнга, соответственно. Также было проведено сравнение с эквиатомным сплавом. Независимо от состава зарождение пластичности в монокристаллах CoCrFeMnNi реализуется посредством образования и роста дефектов упаковки вычитания и полос с ГПУ решеткой. Механизмом их формирования является перестройка решетки из ГЦК в ОЦК и затем в ГПУ структуру. Структурный и механический отклик образцов существенно различается для разных составов сплава, типов и скоростей механической нагрузки. Зарождение и рост дефектов упаковки и прослоек ГПУ фазы подавлены в Co30Cr30-образце, вследствие чего напряжения предела упругости в нем более чем в два раза больше значений для Fe30Mn30-образца. Во всех образцах после образования этих дефектов при растяжении происходит двойникование. При сжатии его не наблюдается. Механизмы пластичности ВЭС и ГЦК никеля во многом схожи. Полученные результаты позволили установить связь между стехиометрическим составом и атомными механизмами пластической деформации высокоэнтропийных сплавов при различных видах механического нагружения.

Ссылки (27)

1.
D. B. Miracle, O. N. Senkov. Acta Mater. 122, 448 (2017). DOI: 10.1016/j.actamat.2016
2.
B. Gludovatz, A. Hohenwarter, D. Catoor, E. H. Chang, E. P. George, R. O. Ritchie. Science. 345(6201), 1153 (2014). DOI: 10.1126/science.1254581
3.
T. Fujieda, H. Shiratori, K. Kuwabara, M. Hirota, T. Kato, K. Yamanaka, Yu. Koizumi, A. Chiba, S. Watanabe. Mater. Lett. 189, 148 (2017). DOI: 10.1016/j.matlet.2016.11.026
4.
S. Guo. Mater. Sci. Technol. 31(10), 1223 (2015). DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000018
5.
K. G. Pradeep, C. C. Tasan, M. J. Yao, Y. Deng, H. Springer, D. Raabe. Mater. Sci. Eng. A. 648, 183 (2015). DOI: 10.1016/j.msea.2015.09.010
6.
D. Miracle, B. Majumdar, K. Wertz, S. Gorsse. Scripta Mater. 127, 195 (2017). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.08.001
7.
O. N. Senkov, J. D. Miller, D. B. Miracle, C. Woodward. Calphad. 50, 32 (2015). DOI: 10.1016/j.calphad.2015.04.009
8.
H. Y. Diao, R. Feng, K. A. Dahmen, P. K. Liaw. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 21(5), 252 (2017). DOI: 10.1016/j.cossms.2017.08.003
9.
W. Fang, R. Chang, X. Zhang, P. Ji, X. Wang, B. Liu, J. Li, X. He, X. Qu, F. Yin. Mater. Sci. Eng. A. 723, 221 (2018). DOI: 10.1016/J.MSEA.2018.01.029
10.
I. Toda-Caraballo. Scripta Mater. 127, 113 (2017). DOI: 10.1016/J.SCRIPTAMAT.2016.09.009
11.
J. Li, Q. Fang, B. Liu, Y. W. Liu, Y. Liu. RSC Adv. 6(80), 76409 (2016). DOI: 10.1039/C6RA16503F
12.
A. Sharma, P. Singh, D. D. Johnson, P. K. Liaw, G. Balasubramanian. Sci. Rep. 6, 31028 (2016). DOI: 10.1038/srep31028
13.
B. Schuh, F. Mendez-Martin, B. Völker, E. George, H. Clemens, R. Pippan, A. Hohenwarter. Acta Mater. 96, 258 (2015). DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2015.06.025
14.
Z. Li, C. C. Tasan, H. Springer, B. Gault, D. Raabe. Sci. Rep. 7, 40704 (2017). DOI: 10.1038/srep40704
15.
J. Y. Ko, S. I. Hong. J. Alloys Compd. 743, 115 (2018). DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.348
16.
I. F. Golovnev, E. I. Golovneva, L. A. Merzhievsky, V. M. Fomin. Phys. Mesomech. 16(4), 294 (2013). DOI: 10.1134/S1029959913040036
17.
S. V. Dmitriev, M. P. Kashchenko, J. A. Baimova, R. I. Babicheva, D. V. Gunderov, V. G. Pushin. Letters on materials. 7(4), 442 (2017). (in Russian) [С. В. Дмитриев, М. П. Кащенко, Ю. А. Баимова, Р. И. Бабичева, Д. В. Гундеров, В. Г. Пушин. Письма о материалах. 7(4), 442 (2017).] DOI: 10.22226/2410‑3535‑2017‑4‑442‑446
18.
S. Plimpton. J. Comput. Phys. 117(1), 1 (1995). DOI: 10.1006/jcph.1995.1039
19.
W.‑M. Choi, Y. Kim, D. Seol, B.‑J. Lee. Comput. Mater. Sci. 130, 121 (2017). DOI: 10.1016/j.commatsci.2017.01.002
20.
C. Wu, B.‑J. Lee, X. Su. Calphad. 57, 98 (2017). DOI: 10.1016/j.calphad.2017.03.007
21.
W.‑M. Choi, Y. H. Jo, S. S. Sohn, S. Lee, B.‑J. Lee. npj Comput. Mater. 4(1), 1 (2018). DOI: 10.1038/s41524‑017‑0060‑9
22.
B. Sadigh, P. Erhart, A. Stukowski, A. Caro, E. Martinez, L. Zepeda-Ruiz Phys. Rev. B. 85(18), 184203 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevB.85.184203
23.
J. D. Honeycutt, H. C. Andersen. J. Phys. Chem. 91(19), 4950 (1987). DOI: 10.1021/j100303a014
24.
H. N. Jarmakani, E. M. Bringa, P. Erhart, B. A. Remington, Y. M. Wang, N. Q. Vo, M. A. Meyers. Acta Mater. 56(19), 5584 (2008). DOI: 10.1016/j.actamat.2008.07.052
25.
Z. Li, F. Körmann, B. Grabowski, J. Neugebauer, D. Raabe. Acta Mater. 136, 262 (2017). DOI: 10.1016/j.actamat.2017.07.023
26.
Z. Li, D. Raabe. Mater. Chem. Phys. 210, 29 (2018). DOI: 10.1016/j.matchemphys.2017.04.050
27.
L. Patriarca, A. Ojha, H. Sehitoglu, Y. I. Chumlyakov. Scripta Mater. 112, 54 (2016). DOI: 10.1016/J.SCRIPTAMAT.2015.09.009