Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия

Р. Е. Крюков, профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: rek_nzrmk@mail.ru
А. Р. Михно, аспирант, директор НПЦ «Сварочные процессы и технологии», эл. почта: mikno-mm131@mail.ru
И. А. Панченко, старший научный сотрудник Управления научных исследований, канд. техн. наук, эл. почта: i.r.i.ss@yandex.ru
С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: konovalov@sibsiu.ru

Методом электродуговой наплавки под слоем флюса проведены исследования по изготовлению сплава порошковой проволокой системы Al – Co – Cr – Fe – Mn. В лабораторных условиях изготовлена порошковая проволока, содержащая порошки хрома ПХ-1С, марганца МР-0, алюминия АСД-4 и кобальта ПК-1у. Путем автоматической наплавки под слоем флюса марки АН-348А изготовлен полнопрофильный образец для проведения дальнейших исследований: определения химического состава сплава, проведения исследования микротвердости, нанотвердости и модуля Юнга, механических испытаний на ударную вязкость и растяжение, выявления закономерности формирования микроструктуры образцов в зависимости от расстояния от зоны сплавления методом просвечивающей электронной микроскопии. Установлено, что полученный в ходе исследования сплав обладает повышенной твердостью по сравнению с подложкой, однако высокая твердость полученного сплава сопровождается хрупкостью материала, что подтверждено результатами механических испытаний. Проведенное электронно-микроскопическое исследование сплава выявило, что сплав вблизи поверхности наплавки характеризуется двухфазной структурой, состоящей из мартенсита реечной и пластинчатой морфологии и отдельных зерен феррита. Показано, что изменение скорости кристаллизации и охлаждения в зоне сплавления наплавки и подложки привело к увеличению объемной доли мартенситной фазы и росту ее дисперсности и дефектности. Полученные в ходе исследования результаты указывают на перспективность использования полученного сплава при изготовлении износостойких покрытий и изделий.

Авторы выражают признательность коллегам за помощь, благодарность за финансовую поддержку исследования Российским научным фондом. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00350, https://rscf.ru/project/23-29-00350/.

1. Osintsev K. A., Konovalov S. V., Glezer A. M., Gromov V. E. et al. Research on the structure of Al2.1Co0.3Cr0.5FeNi2.1 high-entropy alloy at submicro- and nano-scale levels // Materials Letters. 2021. Vol. 294. 129717. DOI: 10.1016/j.matlet.2021.129717
2. Zhang Y. High-entropy materials: a brief introduction. — Singapore, Springer Nature, 2019. — 159 p.
3. Chen T. K., Shun T. T., Yeh J. W., Wong M. S. Nanostructured nitride films of multi-element high-entropy alloys by reactive DC sputtering // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 188-189, No. 1-3 SPEC.ISS. P. 193–200. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.08.023
4. Батаева З. Б., Руктуев А. А., Иванов И. В. и др. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 2. С. 116–146. DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-116-146
5. Cantor B. Multicomponent and high entropy alloys // Entropy. 2014. Vol. 16, Iss. 9. P. 4749–4768. DOI: 10.3390/e16094749
6. Cantor B. Stable and metastable multicomponent alloys // Annales de Chimie Science des Matériaux. 2007. Vol. 32, Iss. 3. P. 245–256. DOI: 10.3166/acsm.32.245-256
7. Osintsev K. A., Konovalov S. V., Gromov V. E., Ivanov Y. F. et al. Microstructure and mechanical properties of non-equiatomic Co25.4Cr15Fe37.9Mn3.5 Ni16.8Si1.4 high-entropy alloy produced by wire-arc additive manufacturing // Materials Letters. 2022. Vol. 312. 131675. DOI: 10.1016/j.matlet.2022.131675
8. Рогачев А. С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // Физика металлов и металловедение. 2020. Т. 121. № 8. С. 807–841. DOI: 10.31857/S0015323020080094
9. Ji W., Wang W., Wang H., Zhang J. et al. Short communication // Intermetallics. 2015. Vol. 56. P. 24–27. DOI: 10.1016/j.intermet.2014.08.008
10. Miracle D. B., Senkov O. N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Materialia. 2017. Vol. 122. P. 448–511. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.08.081
11. Осинцев К. А., Громов В. Е., Воробьев С. В. и др. Влияние электронно-пучковой обработки на дефектную субструктуру высокоэнтропийного сплава системы Co - Cr - Fe - Mn - Ni // Известия вузов. Черная металлургия. 2022. Т. 65. № 4. С. 254–260. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-4-254-260
12. Geng Y., Konovalov S. V., Chen X. Research status and application of the high-entropy and traditional alloys fabricated via the laser cladding // Progress in Physics of Metals. 2020. Vol. 21, Iss. 1. P. 26–45. DOI: 10.15407/ufm.21.01.026
13. Астафурова Е. Г., Реунова К. А., Астафуров С. В. и др. Влияние фазовых превращений в процессе электронно-лучевой 3D-печати и последующей термической обработки на закономерности пластической деформации и разрушение образцов высокоазотистой Cr-Mn-стали // Известия вузов. Физика. 2021. Т. 64. № 7(764). С. 10–17. DOI: 10.17223/00213411/64/7/10
14. Яковлев А. В., Лебедев Г. С., Лузанов О. Р. Перспективы и технология развития WAAM // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики. В 3-х томах, Красноярск, 11–15 апреля 2022 года / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. Том 1. — Красноярск : ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева», 2022. С. 560–563.
15. Tang W.-Y., Yeh J.-W. Effect of aluminum content on plasma-nitrided AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloys // Metallurgical and Materials Transactions: A. 2009. Vol. 40. P. 1479–1486. DOI: 10.1007/s11661-009-9821-5
16. Gu J., Ni S., Liu Y., Song M. Regulating the strength and ductility of a cold rolled FeCrCoMnNi high-entropy alloy via annealing treatment // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 755. P. 289–294. DOI: 10.1016/j.msea.2019.04.025
17. Кузнецов А. В., Салищев Г. А., Сеньков О. Н. и др. Влияние микроструктуры на механические свойства при растяжении высокоэнтропийного сплава AlCoCrCuFeNi // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Математика. Физика. 2012. № 11(130). С. 182–196.
18. Ma X., Xu Y., Chen J. et al. Microstructure and mechanical properties of cold drawing CoCrFeMnNi high entropy alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 795. P. 45–53. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.04.296
19. Шайсултанов Д. Г., Степанов Н. Д., Салищев Г. А., Тихоновский М. А. Влияние термической обработки на структуру и твердость высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMnVx (x = 0.25, 0.5, 0.75, 1) // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 6. С. 610–621. DOI: 10.7868/S0015323017060080
20. Кочетов Н. А., Рогачев А. С., Щукин А. С. и др. Механическое сплавление с частичной аморфизацией многокомпонентной порошковой смеси Fe-Cr-Co-Ni-Mn и ее электроискровое плазменное спекание для получения компактного высокоэнтропийного материала // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. № 2. С. 35–42. DOI: 10.17073/1997-308X-2018-2-35-42
21. ТУ 14-1-1474–75. Порошок хрома восстановленного. — Введ. 01.07.1976.
22. ГОСТ 6008–82. Марганец металлический и марганец азотированный. — Введ. 01.07.1991.
23. ТУ 1791-99-019–98. Порошок алюиминиевый.
24. ГОСТ 9721–79. Порошок кобальтовый. Технические условия. — Введ. 01.01.1981. 
25. ГОСТ 9087–81. Флюсы сварочные плавленые. Технические условия. —Введ. 01.01.1982.
26. ГОСТ 26101–84. Проволока порошковая наплавочная. Технические условия. — Введ. 01.01.1986.
27. ГОСТ 12344–2003. Стали легированные и высоколегированные. Методы определения углерода. — Введ. 01.09.2004.
28. ГОСТ 12345–2001. Стали легированные и высоколегированные. Методы определения серы. — Введ. 01.03.2002.
29. ГОСТ 12347–77. Стали легированные и высоколегированные. Методы определения фосфора. — Введ. 01.01.1978.
30. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.