تحولات فصل مشترک جامد- مذاب و خواص کششی آلیاژهای آنتروپی بالای CoCrFeNi در طول انجماد جهت دار

Transition of solid-liquid interface and tensile properties of CoCrFeNi high-entropy alloys during directional solidification

چکیده

به منظور درک اثر سرعت انجماد بر تغییر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای آنتروپی بالا(HEA) ، نمونه های آلیاژ انتروپی بالای CoCrFeNi به صورت جهت دار در سرعت های مختلف (۵۰-۵ میکرومتر بر ثانیه) منجمد شده است. نتایج نشان می دهد که همه نمونه ها به صورت جهت دار منجمد شده اند ، اما فصل مشترک جامد- مذاب و دانه های ستونی متفاوت هستند. ریزساختار آنها فقط از فاز محلول جامد FCC تشکیل شده است. با افزایش سرعت انجماد، مورفولوژی فصل مشترک جامد-مذاب از حالت سلولی به دندریتی و پس از آن به سلولی تبدیل می شود. معیار سرعت انجماد برای تحول سلولی / دندریتی براساس نتایج تجربی، حدودا μm /s 1/26 محاسبه شد. با افزایش سرعت انجماد از ۵ تا ۵۰ میکرومتر بر ثانیه، عرض دانه های ستونی از ۲۰۰ به ۱۰۰ میکرومتر کاهش می یابد. در همین حال فاصله بازوهای ثانویه از ۲۰۰ میکرون تا ۳۰ میکرون برای نمونه های جامد دندریتی کاهش می یابد (V = 10 ~ 50 μm ). آزمایش کشش نشان می دهد که استحکام تسلیم از ۲۳۳ به ۳۸۳ مگاپاسکال، و استحکام کششی نهایی از ۴۳۱ به ۵۹۶ مگاپاسکال با افزایش نرخ انجماد، افزایش می یابد. در ضمن ، ازدیاد طول همه نمونه ها بیشتر از ۳/۳۴ درصد است ، اما آنالیز مورفولوژی شکست نشان می دهد که شکست از حالت شبه کلیواژی (رخ برگی) به حالت شکست نرم تغییر می کند. بهبود خواص کششی ناشی از استحکام دهی از طریق مرزهای دانه ستونی و دندریت های ثانویه است.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

In order to understand effect of solidification velocity on microstructure evolution and mechanical properties of high entropy alloys (HEAs), CoCrFeNi HEA samples were directionally solidified at different solidification velocities (5~50μm/s). The results show that all samples were directionally solidified, but the solid-liquid interface and columnar grains are different. Microstructure of them is only composed of FCC solid solution phase. Morphology of solid-liquid interface transforms from cellular, to cellular-dendritic, and then to dendritic with increasing of solidification rate. The criterion of solidification rate for cellular/dendrite transition is calculated as about 26.1μm/s based on experimental results. The width of columnar grains decreases from 200μm to 100μm with solidification rate increasing from 5μm/s to 50μm/s. Meanwhile, secondary dendrite spacing decreases from 200 μm to 30 μm for dendritic solidified samples (v=10~50μm/s). Tensile testing show that the yield strength improves from 233 MPa to 383 MPa, and the ultimate tensile strength improves from 431MPa to 596 MPa with increasing of solidification rate. Meanwhile, the elongation of all samples is more than 34.3%, but rupture morphology analysis
shows that the rupture changes from quasi-cleavage fracture to ductility fracture. The improvement of tensile properties is resulted from grain boundary strengthening of the columnar grain and second dendrite.