ИЗУЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ К ОКИСЛЕНИЮ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ СПЛАВОВ M(Cr30W5C1,5)
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-5-57-65Ключевые слова:
высокоэнтропийные сплавы, высокотемпературное окисление, жаростойкость, термогравиметрия, многокомпонентные сплавы, кинетика окисленияАннотация
Исследование посвящено изучению высокотемпературной окислительной стойкости многокомпонентных сплавов системы M(Cr30W5C1,5), где основа матрицы (M) представляет собой комбинацию элементов кобальта, железа, никеля, алюминия и марганца, а кроме того, они содержат 30 %(мас.) Cr, 5 %(мас.) W и 1,5 %(мас.) С: AlCoNiFe(Cr30W5C1,5), Al2CoNiFe(Cr30W5C1,5), MnCoNiFe(Cr30W5C1,5), CoNiFe(Cr30W5C1,5),Co(Cr30W5C1,5),Ni(Cr30W5C1,5) иFe(Cr30W5C1,5).Актуальность работы обусловлена поиском альтернатив традиционным кобальтохромовым сплавам (стеллитам), применение которых, несмотря на высокий уровень полезных характеристик, ограничено из-заих высокой стоимости. Целью исследования было определение влияния состава матрицы на кинетику окисления при нагреве в воздушной среде. Методика исследования включала синтез сплавов методом вакуумной плавки, подтверждение состава и микроструктуры образцов (сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция), а также термогравиметрический анализ поведения полученных образцов при нагревеот комнатной температуры до 1300 °C. Результаты показали, что температурный порог начала ускоренного окисления для всех сплавов находится в интервале 1000–1100 °C и зависит от состава матрицы. Наибольшие пороговые температуры продемонстрировали системы AlCoNiFe(Cr30W5C1,5) и Fe(Cr30W5C1,5). Состав изученных образцов способствует формированию защитных оксидных слоев (Cr2O3 и Al2O3 в системах с алюминием) и подавлению роста нежелательных фаз, что подтверждается данными рентгенофазового анализа и микроструктурных исследований. Показано, что до пороговых температур ускоренного окисления устойчивость изученных составов к окислению на воздухе ниже или имеет один порядок с образцом сплава, соответствующего составу Стеллита 6. Полученные в ходе работы результаты подтверждают перспективность многокомпонентных системна основевысокоэнтропийных сплавов для применения в машиностроении, энергетике и авиастроении.
Библиографические ссылки
DeloroStellite Group.— URL: https://www.deloro.com.
Coutsouradis D., Davin A., Lamberigts M.Cobalt-based Superalloys for Applications in Gas Turbines // Materials Science and Engineering.1987. V.88.P. 11–19.DOI: 10.1016/0025-5416(87)90061-9.
Giese M., Graebner M., Schroepfer D. etc. Alloy modification and ultrasonic-assisted milling of wear-resistant al-loys with defined surfaces // Welding in the World.2024. V. 68. P. 2567–2575.DOI: 10.1007/s40194-024-01786-6.
ГОСТ 21449–75. Прутки для наплавки. Технические условия. — М.: Издательство стандартов, 1994. — 10 c.
Peng S., Jiang Z., Wang Z. etc. Co-free Al0.5CrNi1.5Fe2 multi-principal element alloy with heterogeneous structure and excellent strength-ductility combination // Journal of Alloys and Compounds. 2025. V. 1021. 179563.DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.179563.
Murty B.S., Ranganathan S., Yeh J.W., Bhattacharjee P.P. High-entropy alloys. — Elsevier Inc., 2019. —363 p.
Cantor B. Fundamentals of Multicomponent High-Entropy Materials.— Oxford University Press,2024. —534 p. DOI: 10.1093/9780191986710.001.0001.
Gao M. C., Yeh J.-W., LiawP. K., Zhang Y.High-Entropy Alloys: Fundamentals and Applications.— Springer Inter-national Publishing, Switzerland, 2016. — 524 p.
Wu X., Liu R., Zhang X., Yao M. X.Microstructure and Performance Characterization of a Novel Cobalt High-Entropy Alloy // Metallurgical and Materials Transactions A.2021. V. 52. P. 4066–4089.DOI: 10.1007/s11661-021-06365-8.
Zhang F., Chen X., Liu H. etc.Recent developments in CoCrFeNi-based high entropy alloy coatings: Design, syn-thesis, and properties// Journal of Alloys and Compounds. 2025.V. 1018. 179193.DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.179193.
Poletti M.G., Fiore G., Gili F. etc.Development of a new high entropy alloy for wear resistance: FeCoCrNiW0.3 and FeCoCrNiW0.3 + 5 at.% of C // Materials & Design. 2017. V. 115. P. 247–254.DOI: 10.1016/j.matdes.2016.11.027.
Lu W., Wang Y., Luo X. etc.A L12 precipitation strengthened Co-free medium-entropy alloy with superior high-temperature performance // Intermetallics.2023. V. 162. 108031. DOI: 10.1016/j.intermet.2023.108031.
Jung H., Lee S., Kang T. etc.Fe-based high-entropy alloy with excellent mechanical properties enabled by na-nosized precipitates and heterogeneous grain distribution // Journal of Materials Science & Technology.2024. V. 181. P. 71–81.DOI: 10.1016/j.jmst.2023.09.033.
Nene S.S., Sinha S., Yadav D.K., Dutta A. Metallurgical aspects of high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds.2024. V. 1005. 175849.DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.175849.
Feng R., Gao M.C., Zhang C. etc.Phase stability and transformation in a light-weight high-entropy alloy // ActaMa-terialia. 2018. V. 146. P. 280–293.DOI:10.1016/j.actamat.2017.12.061.
Ko J. Y., Hong S. I.Microstructural evolution and mechanical performance of carbon-containing CoCrFeMnNi-C high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds.2018. V. 743. P. 115–125.DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.348.
Naqash A., Zhang L., Dongming L. etc.Enhancing the strength-ductility trade-off in hot-forged Fe50Mn30Co10Cr10 high entropy alloy (HEA) through carbon additions // Journal of Materials Research and Technology. 2024. V. 29. P. 5646–5655.DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.02.232.
Шестак Я. Теория термического анализа: Физико-химические свойства твердых неорганических веществ. — М.: Мир, 1987.—455 с.
Уэндландт У. У. Термические методы анализа.— М.: Мир, 1978.—526 с.
Cai Z., Cui X., Jin G.etc.Microstructure and Thermal Stability of a Ni–Cr–Co–Ti–V–Al High-Entropy Alloy Coating by Laser Surface Alloying // Metals and Materials International.2017. V. 23. № 5.P. 1012–1018.DOI: 10.1007/s12540-017-6583-2.
Yang Y.-F., Hu F., Xia T. etc. High entropy alloys: A review of preparation techniques, properties and industry ap-plications // Journal of Alloys and Compounds.2025. V. 1010. 177691.DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.177691.
Holcomb G.R.,Tylczak J.H., Carney C.S. Oxidation of CoCrFeMnNi High Entropy Alloys // JOM. 2015. V.67. №10. P.2326–2339. DOI:10.1007/s11837-015-1517-2.
Laplanche G., Volkert U.F., Eggeler G., George E.P. Oxidation Behavior of the CrMnFeCoNi High-Entropy Alloy// Oxidation of Metals. 2016. V.85. №5–6. P.629–645. DOI:10.1007/s11085-016-9616-1.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
