پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

بررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و حرارتی آلیاژ آنتروپی بالا CuNiAlCrFe ساخته شده به روش VAR

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
10.22034/frj.2024.465005.1196
چکیده
آلیاژهای انتروپی بالا (HEAs) به دلیل داشتن ویژگی‌های منحصر به فردی، که شامل استحکام مکانیکی زیاد، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری در دماهای بالا می‌شود، توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. در میان روش‌های تولید آلیاژهای انتروپی بالا، روش ریخته‌گری ذوب مجدد خلاء (VAR)به دلیل کنترل فرآیند ذوب و انجماد سریع مذاب از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. هدف از این پژوهش، ساخت ریزساختار با ترکیب شیمیایی یکنواخت از آلیاژ انتروپی بالا CuNiAlCrFe با خواص مکانیکی و حرارتی مناسب با استفاده از روش ریخته گری VARمی باشد. بعد از تهیه شمش آلیاژ انتروپی بالا CuNiAlCrFe توسط روش ریخته‌گری VAR، جهت صحت‌سنجی آلیاژ ساخته شده آنالیزهای XRD,EDX و همچنین تصاویر Map از ترکیب آلیاژ تهیه شد. تصاویر میکروسکوپ نوری نشان دهنده ساختار دندریتی آلیاژ ناشی از انجماد سریع و تائید دو فازی بودن آلیاژ انتروپی بالای ساخته شده بود. در ادامه جهت مشخصه‌یابی خواص فیزیکی از آلیاژ انتروپی بالا ساخته شده، آنالیز حرارتی DSC و TG گرفته شد. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که نقطه ذوب آلیاژ انتروپی بالا CuNiAlCrFe دمای oC 1360 است که طی سیر تا دمای فوق هیچ تغییر جرمی مشاهده نشد. طی روند مطالعه آلیاژ انتروپی بالا مذکور نمونه‌هایی جهت بررسی آزمون‌های مکانیکی نظیر کشش، میانگین سختی و میکروسختی صورت گرفت که نتایج به دست آمده به ترتیب استحکام نهایی MPa 3000، HV30577، (غنی از فاز آهن) HV30 160و (فاز غنی مس) HV30 125 بودند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Tokarewicz M, Grądzka-Dahlke M. Review of recent research on AlCoCrFeNi high-entropy alloy. Metals, 2021, 11(8) 1302.
[2] Xiong W., Guo A.X.Y., Zhan S., Liu C.T., Cao S.C. Refractory high-entropy alloys: A focused review of preparation methods and properties, Journal of Materials Science and Technology, Chinese Society of Metals, 2023, 142, 196-215.
[3]  Wang K., Chen R., Yang H., Chen Y., Jia H., He Y., et al. The Elements selection of high entropy alloy guided by thermodynamics and the enhanced electrocatalytic mechanism for oxygen reduction reaction, Advanced Functional Materials, 2024, 34(7) 2310683.
[4] Mandal P., Choudhury A., Mallick A.B., Ghosh M., Phase Prediction in high entropy alloys by various machine learning modules using thermodynamic and configurational parameters, Metals and Materials International. 2023, 29(1) 38-52.
[5]  Garcia Filho F.D.C, Ritchie R.O., Meyers M.A., Monteiro S.N., Cantor-derived medium-entropy alloys: bridging the gap between traditional metallic and high-entropy alloys. Journal of Materials Research and Technology, 2022, 17, 1868-1895.
[6]  Muangtong P., Rodchanarowan A., Chaysuwan D., Chanlek N., Goodall R. The corrosion behaviour of CoCrFeNi-x (x = Cu, Al, Sn) high entropy alloy systems in chloride solution. Corrosion Science, 2020, 172, 108-740.
[7]  Lu Q., Chen X., Tian W., Wang H., Liu P., Zhou H., et al. Corrosion behavior of a non-equiatomic CoCrFeNiTi high-entropy alloy: A comparison with 304 stainless steel in simulated body fluids, Journal of Alloys and Compounds, 2022, 897, 163-036.
[8]  Zhang Z, Ling Y, Hui J, Yang F, Zhang X, Tan S, et al. Effect of C additions to the microstructure and wear behaviour of CoCrFeNi high-entropy alloy, Wear, 2023, 15.530–531.
[9] Wang Y.P., Li B.S., Ren M.X., Yang C., Fu H.Z., Microstructure and compressive properties of AlCrFeCoNi high entropy alloy. Materials Science and Engineering: A, 2008, 491(1-2) 154-158.
[10] Kaya F., Yetiş M., Selimoğlu G..İ, Derin B., Influence of Co content on microstructure and hardness of AlCoxCrFeNi (0 ≤ x ≤ 1) high-entropy alloys produced by self-propagating high-temperature synthesis, Engineering Science and Technology, an International Journal, 2022, 27, 101-003.
[11] Zhang KB, Fu ZY, Zhang JY, Wang WM, Wang H, Wang YC, et al. Microstructure and mechanical properties of CoCrFeNiTiAlx high-entropy alloys. Materials Science and Engineering: A.2009, 508(1-2) 214-219.
[12] Dong Y, Lu Y, Kong J, Zhang J, Li T. Microstructure and mechanical properties of multi-component AlCrFeNiMo x high-entropy alloys. Journal of alloys and compounds.2013. 573.96-101.
[13] Wang Z.Q., Shi Y., Wang X.R., Microstructure, thermodynamics and compressive properties of Al0.5CoCrCuFeNi-X (X=V,Si,VSi) high-entropy alloys. Materials Science and Technology, 2022, 38(18) 1555-1562.
[14] Xiao D.H., Zhou P.F., Wu W.Q., Diao H.Y., Gao M.C., Song M., et al. Microstructure, mechanical and corrosion behaviors of AlCoCuFeNi-(Cr,Ti) high entropy alloys, Materials & Design, 2017, 116, 438-447.
[15] Xu QL, Liu KC, Wang KY, Lou LY, Zhang Y, Li CJ, et al., TGO and Al diffusion behavior of CuAlxNiCrFe high-entropy alloys fabricated by high-speed laser cladding for TBC bond coats, Corrosion Science, 2021, 192, 109781.
[16] ناصرزشگی ح.، کیانی رشید ع.ر.، وحدتی خاکی ج.، طراحی آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا با هدف کاهش وزن و هزینه، پژوهشنامه ریخته‌گری، 1399، 4(3) 176-173.
[17] صالحی م، کاشانی‌ثانی س.، بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ 5083 Al تولید شده به روش انجماد سریع. پژوهشنامه ریخته‌گری، 1400، 5(1) 8-1.
[18] Arun S., Radhika N., Saleh B., Advances in vacuum arc melting for high entropy alloys: A review, Vacuum. Elsevier Ltd., 2024, 20, 113314.
[19] Mohammadzdeh A., De Nardi A., Omidbakhsh F., Garbiec D., Fardan A., Hryha E., et al., A novel alloy design approach in developing CoNi-based high entropy superalloy using high entropy alloys thermodynamic and spark plasma sintering, Materials Science and Engineering: A, 2024, 17, 146841.
[20] Bencze L., Hasemann G., Sergeev D., Motalov V., Müller M., Krüger M., Thermodynamic properties of refractory Mo-Nb-V-Ti high entropy alloys (HEAs), Journal of Alloys and Compounds, 2024, 976, 173279.
[21] Thirugnanasambantham K.G., Kishan S.N., Sree R.A., Singh A., Boddu T., Avinash K., et al. Phase predictions via thermodynamic parameter (Ω) vs enthalpy mix (Δ Hmix) for (Cr–Fe–Ni–Ti–Nb) high-entropy alloy, International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 2023, 10, 1-9.
[22] Zamani M.R., Mirzadeh H., Malekan M., Weißensteiner I., Roostaei M., Unveiling the strengthening mechanisms of as-cast micro-alloyed CrMnFeCoNi high-entropy alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2023, 957, 170443.
[23] Abbasi S.M., Seifollahi M., Yousefi E., Microstructural Investigation of the cast and homogenized Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 high entropy alloy. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024, 13(1) 46-56.
[24] Mamnooni S., Borhani E., Heydari H., Solid-solution phase formation rules for high entropy alloys. A thermodynamic perspective, Synthesis and Sintering. 2024, 4(1) 65-78.
دوره 8، شماره 2 - شماره پیاپی 25
پاییز و زمستان
پاییز 1403
صفحه 107-115

  • تاریخ دریافت 07 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 27 مرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 04 شهریور 1403