Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Были проанализованы критерии образования неупорядоченных твердых растворов замещения в ВЭСах. Показано, что ни один критерий и/или их определенная комбинация не позволяют достаточно точно предсказывать формирование твердых растворов или интерметаллидных фаз в ВЭСах. Предложен новый эквиатомный сплав AlNbTiV, обладающей однофазной структурой неупорядоченного твердого раствора с ОЦК решеткой и рекордно низкой плотностью 5,59 г см-3 среди ВЭСов, перспективных для высокотемпературных применений. Сплав также показал высокие прочностные свойства при температурах до 800°С включительно. Предложены системы легирования сплавов CoCrFeniMn и AlNbTiV, CoCrFeNiMn-C и CoCrFeNiMn-V, AlNbTiV-Cr и AlNbTiV-Si соответственно, в которых ожидается выделение упрочняющих частиц вторых фаз. Показано, что при прокатке сплава CoCrFeNiMn при комнатной и криогенной температурах происходит значительное измельчением микроструктуры, на начальных стадиях обусловленное преимущественно деформационным двойникованием. При этом большая интенсивность двойникования при криогенной температуре обуславливает ускоренную кинетику формирования микроструктуры по сравнению с прокаткой при комнатной температуре. При высоких степенях деформации (80% при комнатной температуре и 40% - при криогенной) отмечается формирование полос сдвига. Исследование микроструктуры сплава CoCrFeNiMn после теплой/горячей пластической деформации показало, что в интервале температур 600-1100°С в сплаве наблюдается прерывистая динамическая рекристаллизация, при этом при относительно низких температурах рекристаллизация развивается преимущественно в полосах сдвига. С увеличением температуры возрастает объем рекристаллизованных областей и размер формирующихся зерен, и при температурах 1000-1100°С доля рекристаллизованного объема превышает 90% после осадки на 75%. Исследования кинетики динамической рекристаллизации при 1000°С показали, что зависимость доли рекристаллизованного объема от степени деформации имеет типичный сигмоидальный вид. Определенная энергия активации динамической рекристаллизации сплава CoCrFeNiMn составила 272 кДж/моль, что сравнимо с энергией активации самодиффузии марганца и хрома в сплаве. Исследование механических свойств сплава CoCrFeNiMn в зависимости от микроструктуры сплава показало, что в рекристаллизованном состоянии сплав обладает крайне высокой пластичностью (более 60% при испытаниях на растяжение), но относительно невысокими прочностными свойствами (предел прочности составляет 440-530 МПа). При этом наблюдается протяженная стадия деформационного упрочнения, обусловленная активным механическим двойникованием. Снижение размера рекристаллизованного зерна приводит к некоторому повышению прочностных свойств и незначительному снижению пластичности. Значительное повышение прочностных свойств может быть достигнуто при прокатке сплава, так, предел прочности составляет 1200-1500 МПа в зависимости от условий прокатки. Однако, при этом наблюдается снижение относительного удлинения до 12-14%, обусловленное слабо-выраженной стадией деформационного упрочнения. Исследование механических свойств сплава CoCrFeNiMn при повышенной температуре показало, что с повышением температуры наблюдается постепенное снижение предела текучести и вырождение стадии упрочнения, обусловленное активизацией процесса динамической рекристаллизации.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
В текущем, 2015, году, в ходе выполнения проекта было исследовано влияние легирования углеродом и ванадием сплавов на основе эквиатомной композиции CoCrFeNiMn, а также изучены структуры и свойства неэквиатомных мультикомпонентных сплавов системы Cr-Fe-Ni-Mn с разным содержанием хрома и ванадия. Было показано, что в литом состоянии в сплавах CoCrFeNiMn и CoCrFeNiMnC0.1 формируется преимущественно однофазная структура на основе ГЦК твердого раствора, а в сплавах CoCrFeNiMnC0.175 и CoCrFeNiMnC0.25 в ГЦК матрице наблюдаются крупные частицы M7C3 карбидов, обогащенных хромом. В результате отжига при температуре 800°С во всех углеродсодержащих сплавах выделяются наноразмерные частицы карбидов M23C6, а увеличение температуры отжига приводит к их росту и уменьшению объемной доли. Показано, что отжиг при 800°С приводит к значительному повышению микротвердости углеродсодержащих сплавов за счет дисперсионного упрочнения. Установлено, что в литом состоянии содержание углерода в ГЦК твердом растворе сплавов на основе CoCrFeNiMn составляет около 2 ат.%. После отжига при 800°С оно было равно 0.3 ат.%, 1000°С – 0.9 ат.%, 1200°С – 1.5 ат.%. Таким образом, с увеличением температуры отжига растворимость углерода в твердом растворе возрастает. Полученные значения растворимости хорошо соответствуют расчетным для гипотетической аустенитной системы (Fe80Cr20)100-x - Cx. При холодной прокатке сплава CoCrFeNiMnC0.05, имеющего структуру ГЦК твердого раствора, эволюция микроструктуры обусловлена дислокационным скольжением и деформационным двойникованием, причем плотность дислокаций выше, а кинетика двойникования замедлена по сравнению со сплавом CoCrFeNiMn. После 80% холодной прокатки сплав CoCrFeNiMnC0.05 при испытаниях на растяжение показывает предел текучести 1140 МПа и относительное удлинение 18%. После отжига, приводящего к формированию рекристаллизованной структуры со средним размером зерна 4.7 мкм, сплав демонстрирует предел текучести 375 МПа и относительное удлинение 56%. Легирование ванадием также оказывает заметное влияние на структуру и свойства сплавов на основе CoCrFeNiMn. Так, если сплавы CoCrFeNiMn и CoCrFeNiMnV0.25 в литом состоянии имеют однофазную структуру твердого раствора замещения с ГЦК решеткой, то в сплавах CoCrFeNiMnV0.5 и CoCrFeNiMnV0.75 в ГЦК матрице наблюдаются частицы интерметаллидной сигма-фазы, обогащенной хромом и ванадием. В сплаве же CoCrFeNiMnV сигма-фаза становится матричной, а частицы ГЦК фазы расположены либо по ее границам, либо в виде тонких ламелей внутри зерен сигма-фазы. Термическая обработка при температурах 700-1100°С оказывают заметное влияние на морфологию и соотношение фаз в сплавах CoCrFeNiMnV0.25, CoCrFeNiMnV0.5, CoCrFeNiMnV0.75 и CoCrFeNiMnV, в частности, после отжигов при температурах 700-1000°С отмечается выделение сигма-фазы в сплаве CoCrFeNiMnV0.25. В сплавах CoCrFeNiMnV0.5, CoCrFeNiMnV0.75 и CoCrFeNiMnV сигма-фаза сохраняется даже после закалки в воду с 1100°С, хотя ее объемная доля уменьшается. Установлено, что температура плавления сигма-фазы в сплавах CoCrFeNiMnV0.5, CoCrFeNiMnV0.75 и CoCrFeNiMnV составляет 1186-1195°С, а температура солидуса для указанных сплавов составляет 1258-1264°С. Было показано, что объемная доля сигма-фазы определяется в соответствии с правилом рычага соотношением между суммарным содержанием хрома и ванадия в сплаве, с одной стороны, и суммарными содержаниями хрома и ванадия в ГЦК фазе и сигма-фазе, с другой стороны. Установлено, что формирование сигма-фазы в ванадий-содержащих высокоэнтропийных сплавах можно предсказать с использованием критериев средней концентрации валентных электронов (VEC) и локальных искажений кристаллической решетки около атомов определенного сорта (δri). Получен критерий образования сигма-фазы: VEC = 6.88-7.84 и δri ≥3.8%. Показано, что ванадий влияет на механические свойства сплавов на основе CoCrFeNiMn только, когда добавляется в концентрациях, вызывающих формирование существенной доли сигма-фазы. Появление сигма фазы обуславливает сильное упрочнение и охрупчивание сплавов. Показано, что соотношение между прочностью и микротвердостью сплавов и объемной долей сигма-фазы описывается степенной зависимостью. Установлено, что содержание хрома и никеля имеет существенное влияние на структуру и свойства мультикомпонентных сплавов Fe40Mn28Ni32-xCrx (x=4, 12, 18, 24 (ат.%)). Так, сплавы Fe40Mn28Ni28Cr4, Fe40Mn28Ni20Cr12 и Fe40Mn28Ni14Cr18 имеют однофазную ГЦК структуру и высокую пластичность, а сплав Fe40Mn28Ni8Cr24 состоит из матричной сигма-фазы с вытянутыми ГЦК частицами в ней и крайне хрупок. Сплавы Fe40Mn28Ni28Cr4, Fe40Mn28Ni20Cr12 и Fe40Mn28Ni14Cr18 после холодной прокатки и рекристаллизационного отжига имеют структуру со средним размером зерна ≈10 мкм, а их механические свойства зависят от содержания хрома. Так, предел текучести и однородное удлинение составляют соответственно 210 МПа и 51%, 245 МПа и 49%, и 310 МПа и 37% в сплавах Fe40Mn28Ni28Cr4, Fe40Mn28Ni20Cr12 и Fe40Mn28Ni14Cr18. Рассчитан эффект твердорастворного упрочнения в сплавах Fe40Mn28Ni32-xCrx и показано, что Cr имеет значительно более сильный упрочняющий эффект по сравнению с остальными элементами. Установлено хорошее соответствие между предсказываемыми и экспериментальными значениями упрочнения.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проведенные в 2016 году исследования показали, что эквиатомный сплав AlNbTiV в литом и гомогенизированном (1200°С, 24 часа) состоянии имеет однофазную B2 упорядоченную структуру. Упорядочение ОЦК твердого раствора сплава, вероятно, обусловлено высоким содержанием алюминия. Плотность сплава составляет 5.59 г см-3 Сплав имеет высокую прочность, включая удельную, при температурах от комнатной до 800°С. Однако, пластичность сплава мала – 5% на сжатие – при комнатной температуре, очевидно, из-за упорядочения ОЦК твердого раствора. Изучено влияние добавок хрома на структуру и свойства сплавов AlCrxNbTiV (x = 0, 0,5, 1, 1,5). Показано, что в гомогенизированном состоянии сплавы AlNbTiV и AlCr0.5NbTiV имеют однофазную (упорядоченную) ОЦК структуру, а сплавы с большим содержанием хрома – AlCrNbTiV и AlCr1.5NbTiV – содержат соответственно 13 и 35% фазы Лавеса с гексагональной (С14) решеткой. Исследование механических свойств сплавов AlCrxNbTiV (x = 0, 0,5, 1, 1,5) показало, что, при температурах от комнатной до 800°С, с увеличением содержания хрома сплавы становятся прочнее, но их пластичность снижается. Показано, что прочность сплавов зависит от объемной доли фазы Лавеса в соответствии с правилом смеси. Сплавы обладают высокой удельной прочностью при температурах до 800°С, превосходящей прочность никелевых супер-сплавов и сплавов на основе алюминида титана. Проанализированы структурные изменения в сплавах AlCrxNbTiV (x = 0, 0,5, 1, 1,5) при пластической деформации при температурах 800 и 1000°С. Высокотемпературная деформация приводит к формированию вторых фаз во всех сплавах AlCrxNbTiV (x = 0, 0.5, 1, 1.5): сигма-фазы типа Nb2Al в сплавах AlNbTiV и AlCr0.5NbTiV и фазы Лавеса в сплавах AlCrNbTiV и AlCr1.5NbTiV. Экспериментальные данные по фазовому составу сплавов AlCrxNbTiV (x = 0, 0.5, 1, 1.5) были сопоставлены с равновесными фазовыми диаграммами, полученными методом термодинамического моделирования. Получено удовлетворительное качественное соответствие между предсказаниями и результатами эксперимента, но точный тип (кристаллическая структура), состав и объемная доля фаз предсказывается неточно. Проанализирована возможность предсказания формирования фазы Лавеса в высокоэнтропийных сплавах на основе тугоплавких элементов с использованием феноменологических параметров. Установлено, что формирование фаза Лавеса вероятно при величине средней разницы атомных радиусов более 5% и средней разнице электроотрицательности по Аллену более 7%. Изготовлен ряд неэквиатомных сплавов системы Al-Cr-Nb-Ti-V-(Zr) с различными содержаниями легирующих элементов, включая алюминий, и плотностью от 5.45 до 5.79 г см-3. Показано, что сплавы, содержащие большое количество алюминия (15-20 ат.%), после отжига при 1200°С в течении 24 часов являются малопластичными при комнатной температуре, тогда как сплавы с содержанием алюминия 10 ат.% могут показывать высокую пластичность при испытаниях на сжатие при комнатной температуре (до 50%). Анализ микроструктуры неэквиатомных сплавов с низким (10 ат. %) содержанием алюминия показал, что сплавы состоят из упорядоченной B2 матрицы с дисперсными частицами фазы Лавеса с гексагональной (С14) решеткой. Экспериментальный фазовый состав показывает удовлетворительное соответствие равновесным фазовым диаграммам для сплавов, полученным методом термодинамического моделирования. Равновесные фазовые диаграммы предсказывают широкие возможности контроля параметров структуры сплавов за счет термической обработки. Механические испытания сплава Al0.5CrNbTi2V0.5 в литом состоянии с однофазной B2 упорядоченной структурой показали высокую пластичность сплава при комнатной температуре – сплав не разрушился после 50% деформации. Исследования структуры сплава после деформации на 50% при комнатной температуре не выявило признаков упорядочения ОЦК твердого раствора сплава, т.е. при пластической деформации происходит разупорядочение. Сплав демонстрирует высокий комплекс механических свойств – предел текучести составляет 1240, 840 и 530 МПа при комнатной температуре, 600 и 800°С, причем сплав не разрушается при 50% деформации при всех температурах. С учетом низкой плотности сплава (5.79 г см-3), его удельная прочность составляет 233, 163 и 93 кПа м3 кг-1 соответственно при комнатной температуре, 600 и 800°С. Исследована эволюция микроструктуры эквиатомного сплава HfNbTaTiZr при прокатке при комнатной температуре. Установлено что на начальных стадиях прокатки происходит рост плотности дислокаций и образование деформационных двойников. На больших степенях деформации (≥60%) наблюдается локализация деформации в деформационных полосах и развитие динамических рекристаллизации/возврата. Вероятно, именно эти процессы обеспечивают слабое деформационное упрочнение сплава. Показано заметное увеличение твердости эквиатомного сплава HfNbTaTiZr после отжига при температуре 600°С в течении 10 часов с 370 HV в исходном гомогенизированном состоянии до 495 HV. Установлено, что повышение твердости обусловлено выделением многочисленных наноразмерных частиц с упорядоченной B2 структурой в разупорядоченной ОЦК матрице после отжига. Предложены неэквиатомные композиции сплавов системы Hf-Nb-Ta-Ti-Zr - Hf10Nb30Ta10Ti25Zr25 и Hf10Nb10Ta10Ti35Zr35 – имеющие плотность соответственно 8.38 и 7.85 г см-3, что на 8.5 и 20% ниже, чем плотность эвиатомного сплава (9.85 г см-3). Предложенные сплавы имеют однофазную ОЦК структуру. Было изучено влияние отжига при температурах 600-900°С в течении 1 часа на структуру сплава CoCrFeNiMn после прокатки при комнатной и криогенной температуре. Показано, что кроме формирования новых рекристаллизованных зерен, после отжига при 600-800°С в сплаве также наблюдается формирование частиц вторых фаз. После отжига при 600 и 700°С обнаружены частицы ОЦК фазы и тетрагональной сигма, обогащенные хромом, а после отжига при 800°С - только частицы сигма-фазы. Температура прокатки не оказывает заметного влияния на тип, долю и размеры выделяющихся частиц. По результатам проекта в 2016 году опубликовано 6 статей, из них 4 – в журналах с импакт-фактором больше 2. Также участниками проекта представлено 5 докладов, включая приглашенные/пленарные, на международных конференциях.