Effect of cooling rate on the properties of multicomponent alloys of Al-Cu-Fe-Ni-Si system
Keywords:
high-entropy alloy, splat-quenching, phase composition, structure, microhardness.Abstract
Purpose. This work is dedicated to establish the effects of the composition and the melt cooling rate on microhardness, phase composition and parameters of the fine structure of high-entropy alloys (HEA) of Al-Cu-Fe-Ni-Si system in the as-cast and rapid quenched state. Metodology. As-cast alloy samples were obtained using a copper mold (cooling rate ~ 102 K/s). Quenching from a liquid state was carried out by a known technique of splat-quenching (SQ). Cooling rate estimated by foil thickness was ~ 105-106 K/s. The X-ray diffraction analysis was carried out with use of the DRON-2.0 diffractometer. Microhardness was measured on the PMT-3 microhardnessmeter. Selection of components of the studied HEAs was carried out on the basis of the criteria adopted in the literature for the HEA composition based on calculation of the entropy and enthalpy of mixing, as well as the difference between the atomic radii of the components. Findings. It was found that the studied alloys of Al-Cu-Fe-NiSi is a multiphase HEAs, with the structure consisting of disordered solid solutions of BCC and FCC. Confirmed that the leading role in determining the type of solid solution formed in the studied HEAs plays an element with the highest melting point. It was found that an increase in the structure of the investigated HEAs volume fraction of the solid solution of BCC type leads to an increase I microhardness. Confirmed the positive effect o f microstrains and dislocation density to the level o f mechanical properties of the studied HEAs. It was found that the as-cast HEAs of Al-Cu-Fe-Ni-Si system are characterized by higher values of microhardness than SQ alloys, which is obviously due to their more multi-phase equilibrium state. Originality. At present work were first obtained and studied HEAs of Al-Cu-Fe-Ni-Si system in the as-cast and splat-quenched state. Practical value. The alloys of this system are characterized by the absence of expensive components, such as Co, V, Mo, Cr, usually used for the HEAs production while their characteristics are not inferior to those of the more expensive alloys. The study of thin films obtained by using quenching from the liquid state is also of great practical interest, since one of the promising applications of HEAs are thin film coatings.
References
Li, W.K. Advanced Structural Inorganic Chemistry/W.K. Li, G.D. Zhou, T.C.W. Mak. -New York: Oxford University Press, 2008. -6 8 8 p.
Zhang, Y. Alloy Design and Properties Optimization of High-Entropy Alloys/ Y. Zhang, X.Yang, P.K. Liaw//JOM.- 2012. -V.64, Iss. 7. -Р. 830-838.
Takeuchi, A. Alloy Designs of High-Entropy Crystalline and Bulk Glassy Alloys by Evaluating Mixing Enthalpy and Delta Parameter for Quinary to Decimal Equi-Atomic Alloys/ A. Takeuchi, K. Amiya, T. Wada, K. Yubuta, W. Zhang, A. Makino // Materials Transactions.-2014. -V. 55, № 1. -P. 165-170.
Yeh, J. W. Alloy Design Strategies and Future Trends in High-Entropy Alloys/J.W. Yeh // JOM.- 2013.- V. 65. - P. 1759-1771.
Takeuchi, A. Classification of Bulk Metallic Glasses by Atomic Size Difference, Heat of Mixing and Period of Constituent Elements and Its Application to Characterization of the Main Alloying Element/A. Takeuchi, A. Inoue// Materials Transactions.-2005. -V. 46, № 12. -P. 2817-2829.
. Tsaia, M. H. Criterion for Sigma Phase Formation in Crand V-Containing High-Entropy Alloys / M. H. Tsaia, K.Y. Tsai, C. W. Tsai, C. Lee, C. C. Juan, J. W. Yeh// Materials Research Letters.-2013. -V.1, Iss. 4, -P. 207-212.
Senkov, O.V. Effect of aluminum on the microstructure and properties of two refractory high-entropy alloys/ O.N. Senkov, S.V. Senkova, C. Woodward// Acta Materialia. -2014. -V. 6 8 .-P. 214-228.
. Salishchev, G. A. Effect of Mn and V on structure and mechanical properties of high-entropy alloys based on CoCrFeNi system/ G.A. Salishchev, M.A. Tikhonovsky, D.G. Shaysultanov, N.D. Stepanov, A.V. Kuznetsov, I.V. Kolodiy, A.S. Tortika, O.N. Senkov //Journal of Alloys and Compounds. -2014. -V. 591.-P.11-21.
Dong, Y. Effects of electro-negativity on the stability of topologically close-packed phase in high entropy alloys / Y. Dong, Y. Lu, L. Jiang, T. Wang, T. Li // Intermetallics. -2014. -V.52. -P. 105-109.
Guo, S. Effect of valence electron concentration on stability of fcc or bcc phase in high entropy alloys /S. Guo, C. Ng, J.Lu, C.T.Liu// Journal of Applied Physics.-2011.-V. 109, Iss. 10, - P. 103505-1-103505-5.
Poletti, M. G. Electronic and thermodynamic criteria for the occurrence of high entropy alloys in metallic systems / M.G. Poletti, L. Battezzati // Acta Materialia. -2014. -V. 75.-P. 297-306.
Murty, B.S., Yeh J.W., Ranganathan S. High-Entropy Alloys/ B.S. Murty, J.W. Yeh, S. Ranganathan.- London:Butterworth-Heinemann, 2014.-218p.
Tsai, M. H. High-Entropy Alloys: A Critical Review/ M.H.Tsai, J.W. Yeh // Materials Research Letters.-2014,-V.2, Iss.3. -P.107-123.
Ivchenko, M. V. High-entropy equiatomic AlCrFeCoNiCu alloy: Hypotheses and experimental data/ M. V. Ivchenko, V. G. Pushin, N. Wanderka// Technical Physics. -2014, -V. 59, Iss. 2, -P 211-223.
Egami, T. Irradiation Resistance of Multicomponent Alloys/ T. Egami, W. Guo, P.D. Rack, T. Nagase // Metallurgical and Materials Transactions A.- 2014, - V. 45, - P. 180-183.
Wang, J. Microstructure and magnetic properties of mechanically alloyed FeSiBAlNi (Nb) high entropy alloys/ J. Wang, Z. Zheng, J. Xu, Y. Wang // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -2014, -V. 355, -P. 58-64.
Zhang, Y. Microstructures and Properties of High-entropy Alloys/ Y. Zhang, T.T. Zuo, Z. Tang, M.C. Gao, K.A. Dahmen, P.K. Liaw, Z.P. Lu // Progress in Materials Science. -2014. -V. 61.-P. 1-93.
Singh, A.K. On the formation of disordered solid solutions in multi-component alloys/A.K. Singh, A. Subramaniam// Journal of Alloys and Compounds.-2014. -V.587. -P. 113-119.
Sriharitha, R. Phase formation in mechanically alloyed Alx- CoCrCuFeNi (x = 0.45, 1, 2.5, 5) high entropy alloys/ R. Sriharitha, B. S. Murty, R. S. Kottada// Intermetallics. -2013. - V.32. -P. 119-126.
Wang, Z. Phase Selection in High-Entropy Alloys: From Nonequilibrium to Equilibrium/ Z. Wang, S. Guo, C.T. Liu// JOM.-2014. -V.66, Iss. 10. -Р. 1966-1972.
Guo, S. Phase stability in high entropy alloys: Formation of solid-solution phase or amorphous phase/S. Guo, C.T.Liu// Progress in Natural Science: Materials International.-2011.-V. Iss. 6 , -P. 433-446.
Tsai, M.H. Physical Properties of High Entropy Alloys/M.H. Tsai// Entropy. -2013, -15, P. 5338 - 5345.
Zhang, Y. Solid-Solution Phase Formation Rules for Multicomponent Alloys/ Y. Zhang, Y.J. Zhou, J.P.Lin, G.L. Chen, P.C. Liaw//Advanced Engineering Materials.-2008. -V.10, Iss. 6 . -Р. 534-538.
Bashev, V. F. Structure and Properties of High Entropy CoCrCuFeNiSnx Alloys/ V. F. Bashev, O. I. Kushnerov // The Physics of Metals and Metallography. -2014, -V. 115, No. 7,-12. Miracle, D. B. Exploration and development of high P. 692-696. entropy alloys for structural applications/ D. B. Miracle, J. D.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
