Влияние размера зерна на индуцированную водородом потерю пластичности многокомпонентного сплава CoCrFeMnNi

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Показано влияние электролитического наводороживания на механические свойства и механизм разрушения многокомпонентного сплава Кантора CoCrFeMnNi с разным размером зерна. Показано, что увеличение плотности межзеренных границ способствует повышению устойчивости сплава Кантора к водородному охрупчиванию. Выявлены основные факторы, определяющие толщину хрупких поверхностных зон, формирующихся при наводороживании и последующем одноосном растяжении наводороженных образцов, а также установлены микромеханизмы их разрушения. Показано, что увеличение плотности границ зерен затрудняет транспорт водорода с дислокациями во время пластической деформации из-за ограничения свободного пробега дислокаций в мелкозернистой структуре, но при этом слабо влияет на толщину наводороженного слоя, формирующегося в процессе насыщения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Г. Астафурова

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: elena.g.astafurova@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055

А. С. Нифонтов

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: elena.g.astafurova@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055

Список литературы

  1. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. 216 с.
  2. Шрейдер А.В. Водород в металлах. М.: Знание, 1979. 64 с.
  3. Lynch S. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion Reviews. 2012. V. 30. № 3–4. P. 105–123.
  4. Nagumo M. Fundamentals of Hydrogen Embrittlement. Singapore: Springer, 2016. 239 p.
  5. Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // ФММ. 2020. Т. 121. № 8. С. 807–841.
  6. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Materialia. 2017. V. 122. P. 448–511.
  7. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 375–377. P. 213–218.
  8. Zhao Y., Lee D.-H., Seok M.-Y., Lee J.-A., Phaniraj M.P., Suh J.-Y., Ha H.-Y., Kim J.-Y., Ramamurty U., Jang J.-il. Resistance of CoCrFeMnNi high-entropy alloy to gaseous hydrogen embrittlement // Scripta Mater. 2017. V. 135. P. 54–58.
  9. Bhadeshia H.K.D.H. Prevention of Hydrogen Embrittlement in Steels // ISIJ International. 2016. V. 56. № 1. P. 24–36.
  10. Nygren K.E., Bertsch K.M., Wang S., Bei H., Nagao A., Robertson I.M. Hydrogen embrittlement in compositionally complex FeNiCoCrMn FCC solid solution alloy // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2018. V. 22. P. 1–7.
  11. Li X., Yin J., Zhang J., Wang Y., Song X., Zhang Y., Ren X. Hydrogen embrittlement and failure mechanisms of multiprincipal element alloys: A review // J. Mater. Sci. Techn. 2022. V. 122. P. 20–32.
  12. Ichii K., Koyama M., Tasan C.C., Tsuzaki K. Comparative study of hydrogen embrittlement in stable and metastable high-entropy alloys // Scripta Mater. 2018. V. 150. P. 74–77.
  13. Koyama M., Ichii K., Tsuzaki K. Grain refinement effect on hydrogen embrittlement resistance of an equiatomic CoCrFeMnNi high-entropy alloy // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. Ar. Num. 12706–23.
  14. Koyama M., Wang H., Verma V.K., Tsuzaki K., Akiyama E. Effect of Mn content and grain size on hydrogen embrittlement susceptibility of face-centered cubic high-entropy alloys // Metal. Mater. Trans. A. 2020. V. 51. P. 5612–5616.
  15. Fu Z.H., Yang B.J., Chen M., Gou G.Q., Chen H. Effect of recrystallization annealing treatment on the hydrogen embrittlement behavior of equimolar CoCrFeMnNi high entropy alloy // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 6970–6978.
  16. Салтыков С.А. Стереометрическая Металлография. М.: Металлургия, 1976. 274 с.
  17. Schneider M., Couzinié J.-P., Shalabi A., Ibrahimkhel F., Ferrari A., Körmann F., Laplanche G. Effect of stacking fault energy on the thickness and dencity of annealing twins in recrystallized FCC medium and high-entropy alloys // Scripta Mater. 2024. V. 240. Ar. Num. 115844.
  18. Depover T., Laureys A., Escobar D.M.P., Van den Eeckhout E., Wallaert E., Verbeken K. Understanding the interaction between a steel microstructure and hydrogen // Materials. 2018. V. 11. № 5. Ar. Num. 698.
  19. Abraham D.P., Altstetter C.J. The effect of hydrogen on the yield and flow stress of an austenitic stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 1995. V. 26. P. 2849–2858.
  20. Zhao Y., Park J.-M., Lee D.-H., Song E.J., Suh J.-Y., Ramamurty U., Jang J.-il. Influence of hydrogen charging method on the hydrogen distribution and nanomechanical properties of face-centered cubic high-entropy alloy: A comparative study // Scripta Mater. 2019. V. 168. P. 76–80.
  21. Panchenko M. Yu., Melnikov E.V., Mikhno A.S., Maier G.G., Astafurov S.V., Moskvina V.A., Reunova K.A., Galchenk N.K., Astafurova E.G. The influence of intergranular and interphase boundaries and δ-ferrite volume fraction on hydrogen embrittlement of high-nitrogen steel // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 30510–30522.
  22. Гуртова Д.Ю., Панченко М.Ю., Мельников Е.В., Астапов Д.О., Астафурова Е.Г. Влияние размера зерна на закономерности водородного охрупчивания многокомпонентного сплава (FeCrNiMnCo)99N1 // Frontier Mater. Techn. 2024. в печати.
  23. Astafurova E., Fortuna A., Melnikov E., Astafurov S. The Effect of Strain Rate on Hydrogen-Assisted Deformation Behavior and Microstructure in AISI 316L Austenitic Stainless Steel // Materials. 2023. V. 16. Ar. Num. 2983.
  24. Stefano D.D., Mrovec M., Elsӓsser C. First-principles investigation of hydrogen trapping and diffusion at grain boundaries in nickel // Acta Mater. 2015. V. 98. P. 306–312.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Металлографические изображения структуры К-ВЭС (а) и М-ВЭС (б) и соответствующие рентгенограммы (в).

Скачать (347KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры термодесорбции водорода в образцах М-ВЭС и К-ВЭС.

Скачать (124KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаграммы деформации образцов К-ВЭС и М-ВЭС до и после насыщения водородом (а) и их увеличенный фрагмент (б). Начальная скорость деформации 5×10–4 с–1, температура — комнатная.

Скачать (216KB)
Метаданные
5. Рис. 4. РЭМ-изображения боковых поверхностей (а, б) и поверхностей разрушения (в, г) наводороженных образцов после испытаний при комнатной температуре (5×10-4 с-1): а, в — К-ВЭС, б, г — М-ВЭС. НР — направление растяжения, ИКТ — интеркристаллитная трещина.

Скачать (295KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изображения поверхностей разрушения образцов К-ВЭС (а, в) и М-ВЭС (б, г) после наводороживания и испытания на одноосное растяжение по режимам 2 (а, б) и 3 (в, г).

Скачать (279KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вклады дислокационного транспорта и диффузии под напряжением (ΔDД+Н) в формирование хрупкого наводороженного слоя в образцах К-ВЭС и М-ВЭС.

Скачать (60KB)
Метаданные