Випуски МФіНТ »  Том 47, випуск 9

Коефіцієнти рівняння Голла−Петча для багатокомпонентних твердих розчинів з ГЦК-кристалічною ґратницею

С. О. Фірстов, Т. Г. Рогуль, В. Ф. Горбань

Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142 Київ, Україна

Отримано: 17.01.2025; остаточний варіант - 21.05.2025. Завантажити: PDF

Наведено результати порівняльної аналізи коефіцієнтів σ0 (або H0) та ky (або kh) співвідношення Голла−Петча між межею плинности та розміром зерна для середньо- і високоентропійних стопів (СЕСів і ВЕСів) та чистих металів з ГЦК-кристалічною ґратницею. Показано, що значення вказаних коефіцієнтів для СЕСів і ВЕСів істотно перевищують їхні значення для чистих металів; водночас коефіцієнти σ0 зростають значно повільніше, ніж ky. Розглянуто вплив на величини σ0 та ky дисторсій кристалічної ґратниці, електронної концентрації, ентальпії парноатомової взаємодії. Визначено чинники, що зумовлюють високі значення σ0 та ky для багатокомпонентних твердих розчинів. Показано, що різке зростання коефіцієнта зерномежового зміцнення ky, окрім властивих для ГЦК-металів механізмів, може бути зумовлено незвичними, притаманними лише багатокомпонентним твердим розчинам явищами зміцнення меж поділу: пониженням енергії меж зерен за рахунок додаткового леґування багатокомпонентних стопів так званою «корисною домішкою», яка за взаємодії з атомом елементу багатокомпонентного стопу на межах поділу утворює сильний хемічний зв’язок (атоми мають високу ентальпію парноатомової взаємодії), та у результаті появи на межах зерен сеґреґації одного з власних елементів багатокомпонентного твердого розчину внаслідок перерозподілу атомів за рахунок пікорівневих зміщень. Проаналізовано деякі моделі твердорозчинного зміцнення багатокомпонентних твердих розчинів, яке зумовлює зростання коефіцієнта σ0 і визначається усередненим опором руху дислокацій, спричиненим наявністю пікорівневих дисторсій кристалічної ґратниці, що створюються атомами компонентів стопу внаслідок їхньої модульно-розмірної невідповідности.

Ключові слова: середньо- і високоентропійні стопи, межа плинности, твердість, дисторсії кристалічної ґратниці, зерномежове зміцнення.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i09/0957.html

PACS: 61.72.Hh, 61.72.Mm, 62.20.fg, 62.20.Qp, 81.07.Wx, 81.40.Cd, 83.60.La

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. E. O. Hall, Proc. Phys. Soc., 64, No. 9: 747 (1951).
  2. N. J. Petch, J. Iron and Steel Inst., 173: 25 (1953).
  3. J. R. Low, Properties & Microstructure, 1: 163 (1954).
  4. D. Tabor, The Hardness of Metals (Oxford, UK: Clarendon Press: 1951).
  5. S. O. Firstov, T. G. Rogul, and O. A. Shut, Deformatsiya i Razrushenie Materialov, 1: 2 (2015) (in Russian).
  6. Z. C. Cordero, B. E. Knight, and C. A. Schuh, Int. Mater. Rev., 61:495 (2016).
  7. S. Ranganathan, Curr. Sci., 85, No. 5: 1404 (2003).
  8. J. W. Yeh, S. K. Chen, S. J. Lin, J. Y. Gan, T. S. Chin, T. T. Shun, C. H. Tsau, and S. Y. Chang, Adv. Eng. Mater., 6: 299 (2004).
  9. Q. He and Y. Yang, Front. Mater., 5: 1 (2018).
  10. L. R. Owen and N. G. Jones, J. Mater. Res., 33: 2954 (2018).
  11. N. L. Okamoto, K. Yuge, K. Tanaka, H. Inui, and E. P. George, AIP Advances, 6: 125008 (2016).
  12. S. S. Sohn, A. K. Silva, Y. Ikeda, F. Körmann, W. Lu, W. S. Choi, B. Gault, D. Ponge, J. Neugebauer, and D. Raabe, Adv. Mater., 31: 1807142 (2019).
  13. O. N. Senkov, G. B. Wilks, D. B. Miracle, C. P. Chuang, and P. K. Liaw, Intermetallics, 18: 1758 (2010).
  14. E. Aznakayev, Micron - Gamma for Estimation of the Physico-Mechanical Properties of Micro-Materials. Proceedings of the International Conference ‘Small Talk–2003’) (San Diego, California, USA), p. 8.
  15. L. Vegard, Zeitschrift für Physik, 5, No. 1: 17 (1921).
  16. Z. Wu, Temperature and Alloying Effects on the Mechanical Properties of Equiatomic FCC Solid Solution Alloys (Thesis of Disser. for PhD) (University of Tennessee, USA: 2014).
  17. B. Cantor, I. Chang, P. Knight, and A. Vincent, Mater. Sci. Eng. A, 375: 213 (2004).
  18. S. J. Sun, Y. Z. Tian, H. R. Lin, X. G. Dong, Y. H. Wang, Z. J. Zhang, and Z. F. Zhang, Mater. Des., 133: 122 (2017).
  19. W. H. Liu, Y. Wu, J. Y. He, T. G. Niehband, and Z. P. Lua, Scr. Mater., 68: 526 (2013).
  20. F. Otto, A. Dlouhý, C. Somsen, H. Bei, G. Eggeler, and E. P. George, Acta Mater., 61: 5743 (2013).
  21. W. Lu, X. Luo, Y. Yang, and B. Huang, Mater. Chem. Phys., 251: 123073 (2020).
  22. S. S. Sohn, A. K. Silva, Y. Ikeda, F. Kormann, W. Lu, W. S. Choi, B. Gault, D. Ponge, J. Neugebauer, and D. Raabe, Adv. Mater., 31: 1 (2019).
  23. M. Schneider, F. Werner, D. Langenkämper, C. Reinhart, and G. Laplanche, Metals, 9: 84 (2019).
  24. S. Yoshida, T. Bhattacharjee, Yu Bai, and N. Tsuji, Scr. Mater., 134: 33 (2017).
  25. I. Ondicho, B. Alunda, and N. Park, Intermetallics, 136: 2 (2021).
  26. J. Li, K. Yamanaka, Y. Zhang, T. Furuhara, G. Cao, J. Hu, and A. Chiba, Mater. Res. Lett., 12, No. 6: 399 (2024).
  27. A. Jagetiaa, M. S. K. K. Y. Nartua, S. Dasaria, A. Sharmaa, B. Gwalania, and R. Banerjee, Mater. Res. Lett., 9, No. 5: 213 (2021).
  28. http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_radii_of_the_elements; http://en.wikipedia.org/wiki/Elastic_properties_of_the_elements
  29. R. L. Fleischer and W. R. Hibbard, Conference on Relation of Structure to Mechanical Properties of Metals (Teddington: National Physical Laboratories: 1964), p. 262.
  30. V. F. Gorban, N. A. Krapivka, S. A. Firstov, and D. V. Kurilenko, Electron Microscopy and Strength of Materials, 25: 8 (2019) (in Russian).
  31. Z. G. Wu, Y. F. Gao, and H. B. Bei, Acta Mater., 120: 108 (2016).
  32. I. Toda-Caraballo and P. E. Rivera-Díaz-del-Castillo, Acta Mater., 85: 14 (2015).
  33. C. Varvenne, A. Luque, and W. A. Curtin, Acta Mater., 118: 164 (2016).
  34. S. Yoshida, T. Ikeuchi, T. Bhattacharjee, Yu Bai, A. Shibata, and N. Tsuji, Acta Mater., 171: 201 (2019).
  35. S. O. Firstov and T. G. Rogul, Prog. Phys. Met., 25, No. 3: 545 (2024).
  36. R. A. Labusch, Phys. Stat. Sol., 41: 659 (1970).
  37. P. Haasen, Mechanical Properties of Solid Solutions. Physical Metallurgy. Vol. 3 (Fourth, Revised and Enhanced Edition) (Eds. R.W. Cahn and P. Haasen) (Elsevier: 1996), Ch. 23, p. 2009.
  38. N. F. Mott and F. R. N. Nabarro, Report of a Conference on the Strength of Solids (London: The Physical Society: 1948).
  39. S.-P. Wanga and J. Xua, Intermetallics, 95: 59 (2018).
  40. C.-M. Lin, C.-C. Juan, C.-H. Chang, C.-W. Tsai, and J.-W. Yeh, J. Alloys Comd., 624: 100 (2015).
  41. S. A. Firstov, T. G. Rogul’, N. A. Krapivka, S. S. Ponomarev, V. N. Tkach, V. V. Kovylyaev, V. F. Gorban’, and M. V. Karpets, Russian Metallurgy (Metally), 2014, No. 4: 285 (2014).
  42. S. A. Firstov, T. G. Rogul’, N. A. Krapivka, S. S. Ponomarev, V. V. Kovylyaev, N. I. Danilenko, N. D. Bega, V. I. Danilenko, and S. I. Chugunova, Powder Metall. Met. Ceram., 55: 225 (2016).
  43. https://studme.org/1258042620681/statistika/srednee_kvadraticheskoe_otklonenie
  44. R. W. Armstrong, Acta Metall., 16: 347 (1968).
  45. G.-D. Liu, X.-M. Luo, J. P. Zou, and B. Zhang, Mater. Charact., 206: 113419 (2023).
  46. S. O. Firstov, T. G. Rogul, V. L. Svyechnikov, and C. M. Dub, Fiz.-Him. Mehanika Materialiv (FHMM), 42, No. 1: 113 (2006).
  47. S. O. Firstov, T. G. Rogul, and O. A. Shut, Powder Metall. Met. Ceram., 3−4: 161 (2018).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»