دراسة التركيب والبنية المجهرية والخواص الميكانيكية لـ سبائك Fe-Mn-Ni-Cr-Al-Si عالية الانتروبيا
Title Phase Prediction, Microstructure and Mechanical Properties of Fe–Mn–Ni–Cr–Al–Si High Entropy Alloys
الباحث الرئيس عصام ربيع ابراهيم محمود
التخصص: الهندسة الميكانيكية
التخصص الدقيق: هندسة المواد المتقدمة
المستخلص: لا يزال اختيار السبائك عالية الإنتروبيا (HEAs) ، والتي تتميز بخفة الوزن نسبيًا ولها خصائص ميكانيكية فريدة ، يمثل تحديًا كبيرًا. في هذه الدراسة ، تم تصميم ستة HEAs جديدة من نظام Fe – Mn – Ni – Cr – Al – Si منخفض التكلفة نسبيًا باستخدام برنامج Thermo-Calc ، ثم تم تصنيعها باستخدام عملية الصب. تمت دراسة تأثير النسبة الذرية لعناصر السبائك على الهياكل الدقيقة والخواص الميكانيكية لهذه السبائك في حالة الصب بشكل منهجي. تم العثور على أطوار BCC / B2 المكعبة الهشة المتمركزة حول الجسم ومراحل السيليسيد بكميات كبيرة نسبيًا في شكل هيكل شجيري داخل حبيبات كبيرة متساوية مع أطوار دقيقة على شكل إبرة في Fe30Mn15Ni20Cr15Al10Si10 و Fe35Mn15Ni20Cr15Al10Si5 ، بالإضافة إلى سبائك FCC المتمركزة على الوجه ) مرحلة. عندما تمت زيادة محتويات Mn و Ni في سبائك Fe35Mn25Ni15Cr15Al5Si5 و Fe35Mn20Ni20Cr15Al5Si5 ، تم تقليل كميات المراحل الهشة ؛ ومع ذلك ، فإن مرحلة التكسير التحفيزي المرن ليست مهمة. كانت كمية طور التكسير التحفيزي المائع ، التي ظهرت كهيكل خلية النحل ، أكثر من كافية عندما انخفض محتوى Si إلى 3٪. تم إنشاء علاقات واسعة بين التركيب الكيميائي للسبائك ، وخاصة محتوى Si ، وقياسات خصائص الصلابة والضغط. مع انخفاض محتوى Si ، انخفضت أيضًا خصائص الصلابة والضغط للسبيكة الناتجة. تطابقت الملاحظة التجريبية لـ HEAs الستة مع مراحل التوازن التي تنبأت بها حسابات Thermo-Calc.
Abstract: The selection of high-entropy alloys (HEAs), which are relatively lightweight and have unique mechanical properties, remains a substantial challenge. In this study, six new HEAs were designed from the relatively low-cost Fe–Mn–Ni–Cr–Al–Si system using Thermo-Calc software, and then manufactured using a casting process. The effects of the atomic ratio of the alloying elements on the microstructures and mechanical properties of these alloys in the as-cast condition were systematically investigated. Brittle body-centered cubic BCC/B2 and silicide phases were found in relatively large amounts in the form of dendritic structure within large equiaxed grains with fine needle-shaped phases in the Fe30Mn15Ni20Cr15Al10Si10 and Fe35Mn15Ni20Cr15Al10Si5 alloys, in addition to the face-centered cubic (FCC) phase. When the contents of Mn and Ni were increased in the Fe35Mn25Ni15Cr15Al5Si5 and Fe35Mn20Ni20Cr15Al5Si5 alloys, the amounts of brittle phases were reduced; however, the ductile FCC phase is not significant. The FCC phase amount, which appeared as a honeycombed structure, was more than enough when the Si content was decreased to 3%. Broad relationships between the chemical composition of the alloys, especially the Si content, and the hardness and compression properties’ measurements were established. As the Si content decreased, both the hardness and compression properties of the resulting alloy also decreased. The experimental observation of the six HEAs matched the equilibrium phases predicted by the Thermo-Calc calculations.