CALPHAD-АНАЛІЗ КРИСТАЛІЗАЦІЇ СПЛАВУ FECOALNITA, ВИГОТОВЛЕНОГО МЕТОДОМ АВДЗ
DOI:
https://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-7-11Ключові слова:
CALPHAD; фазова рівновага; високоентропійний сплав; дугове адитивне виробництво; кристалізація за Шейлом; фаза Laves; фазова стабільністьАнотація
За допомогою програмного забезпечення Thermo-Calc (база даних TCHEA3) виконано CALPHAD-розрахунки для системи високоентропійного сплаву FeCoAlNiTa, виготовленого методом аддитивного виробництва дуговим зварюванням (АВДЗ). Основна увага в роботі приділена термодинамічному опису систем, що дозволяє детально відстежити послідовність виділення фаз, зміну їхнього хімічного складу та температурні інтервали кристалізації. У статті проаналізовано вплив легуючих елементів на стабільність твердих розчинів та формування інтерметалідних сполук. Завдяки використанню сучасного програмного забезпечення та актуальних термодинамічних баз даних, робота ілюструє високу точність співпадіння розрахункових моделей із експериментальними даними мікроструктурного аналізу. Моделювання кристалізації за Шейлом–Гуллівером показує, що збагачення танталу у залишковій рідкій фазі на завершальній стадії кристалізації сприяє евтектичному утворенню фази C14_Laves, у міждендритних областях. Результати моделювання узгоджуються з експериментально спостереженим розподілом збагаченої Taфази вздовж меж дендритних гілок. Рівноважні термодинамічні розрахунки (що відображають стан матеріалу при досягненні повної термодинамічної рівноваги) при температурі 1000 ° C показують мольну частку фази Laves близько 2,1%. Це значно нижче за нерівноважний рівень, зафіксований у стані після наплавлення, що створює термодинамічну рушійну силу для часткового розчинення фази Лавеса при подальшій термічній обробці. Псевдобінарні перерізи показують, що збільшення вмісту Ta викликає стабілізацію C14_Laves, тоді як Al сильно сприяє утворенню впорядкованої фази BCC_B2. Отримані результати надають термодинамічну основу для розуміння фазового відбору під час кристалізації, оцінки умов термообробки та оптимізації складу цього сплаву. Результати CALPHAD-аналізу, наведені у статті, дозволяють не лише пояснити існуючі фазові перетворення, а й цілеспрямовано оптимізувати хімічний склад сплавів для досягнення заданих механічних та експлуатаційних характеристик
Посилання
George E. P., Raabe D., Ritchie R. O. et al. High-entropy alloys. Nature Reviews Materials. 2019. Vol. 4. P. 515–534. DOI: https://doi.org/10.1038/s41578-019-0121-4.
Ai C., Wang G., Liu L. et al. Effect of Ta addition on solidification characteristics of CoCrFeNiTax eutectic high entropy alloys. Intermetallics. 2020. Vol. 120. Art. 106769. DOI: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2020.106769.
Zhang Y., Chen X., Jayalakshmi S. et al. Factors determining solid solution phase formation and stability in CoCrFeNiX0.4 (X= Al, Nb, Ta) high entropy alloys fabricated by powder plasma arc additive manufacturing. Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 857. Art. 157625. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157625.
Fujieda T., Shiratori H., Kuwabara K. et al. CoCrFeNiTi-based high-entropy alloy with superior tensile strength and corrosion resistance achieved by a combination of additive manufacturing using selective electron beam melting and solution treatment. Materials Letters. 2017. Vol. 189. P. 148–151. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.11.054.
Pan Z., Ding D., Wu B. Arc Welding Processes for Additive Manufacturing: A Review. Transactions on ntelligent Welding Manufacturing. Springer, 2018. P. 3–24. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-8330-3_1
Shen Q., Kong X., Chen X. Fabrication of bulk Al-Co-Cr-Fe-Ni high-entropy alloy using combined cable wire arc additive manufacturing (CCW-AAM): Microstructure and mechanical properties. Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 74. P. 136–142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.09.034
Zavdoveev A., Baudin T., Brisset F. et al. High hardness Ta doped eutectic high entropy alloy by wire arc additive manufacturing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2025. Vol. 138. P. 1251–1258. DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-025-15384-3
Mao H., Chen H.-L., Chen Q. TCHEA1: A Thermodynamic Database Not Limited for “High Entropy” Alloys. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2017. Vol. 38. P. 353–368. DOI: https://doi.org/10.1007/s11669-017-0542-z
Chen H.-L., Mao H., Chen Q. Database development and Calphad calculations for high entropy alloys: Challenges, strategies, and tips. Materials Chemistry and Physics. 2018. Vol. 210. P. 279–290. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.07.082
Mao H., Selleby M. Evaluation of Calphad Approach and Empirical Rules on the Phase Stability of Multiprincipal Element Alloys. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2017. Vol. 38. P. 382–396. DOI: https://doi.org/10.1007/s11669-017-0543-y
Wang X., Liu W., Huang C. et al. Effective design of Cr-Co-Ni-Ta eutectic medium entropy alloys with high compressive properties using combined CALPHAD and experimental approaches. Applied Sciences. 2021. Vol. 11, No. 13. Art. 6102. DOI: https://doi.org/10.3390/app11136102
Zavdoveev A., Klapatyuk A., Baudin T. et al. Non-equimolar Cantor high entropy alloy fabrication using metal powder cored wire arc additive manufacturing. Additive Manufacturing Letters. 2023. Vol. 5. Art. 100124. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addlet.2023.100124
Zavdoveev A., Kim H. S., Heo Y.-U. et al. Microstructure and properties of HEA fabricated through metal powder wire arc additive manufacturing. Materials Letters. 2024. Vol. 357. Art. 135726. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.135726
Keil B., Golisch M., Witusiewicz V. T. et al. Phase equilibria in the Al–Co–Cr–Fe–Ni high entropy alloy system: thermodynamic description and experimental study. Frontiers in Materials. 2020. Vol. 7. Art. 270. DOI:https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00270
Zhang F., Zhang C., Chen S. L. et al. An understanding of high entropy alloys from phase diagram calculations. Calphad. 2014. Vol. 45. P. 1–10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.calphad.2013.10.006
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
