Structural and mechanical characterization of scale-up FeCoCrNi, FeCoCrNiCux ve FeCoCrNiAlx high entropy alloys (HEAs)

Son zamanlarda, yüksek entropi alaşımlar (YEA'lar) ortam ve yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet, sertlik ve yüksek yapısal kararlılık gibi özgün özelliklerinden dolayı dikkat çekmektedirler. FeCoCrNi mükemmel YEA kabiliyeti ile en yaygın bilinen alaşımdır. Bu alaşım, yüksek saflıktaki elementler kullanılarak çeşitli yöntemlerle üretilmektedirler. Ancak, saf olmayan ve Al, Si ve C gibi katışkı elementleri içeren endüstriyel hammaddeler kullanılarak ölçeği büyütülmüş üretim bulunmamaktadır. Bu çalışmada FeCoCrNi, FeCoCrNiCux ve FeCoCrNiAlx (x : 0.3, 0.6, 1) YEA'ları indüksiyon döküm yöntemi ile saf olmayan elementler kullanılarak üretildi. Aynı zamanda, bu alaşımların içyapılarının ve mekanik özelliklerinin karşılaştırılması için yüksek saflıkta elementler kullanılarak da üretildi. Bu alaşımlar üretilmeden önce Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) programı kullanılarak modellendi Alaşımların yapısal karakterizasyonları X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu ve geçirimli elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Bu alaşımların termodinamik özellikleri HEA Calculator ve Thermo-Calc programları kullanılarak incelenmiştir. Mekanik karakterizasyon için ise çekme, sertlik ve basma testleri uygulanmıştır. Saf FeCoCrNi alaşımı sadece yüzey merkezli kristal (YMK) yapısına sahip iken, saf olmayan FeCoCrNi alaşımı ise YMK yapısına ek olarak Cr7C3 fazını da içerdiği gözlemlenmiştir. Saf FeCoCrNi ve saf olmayan FeCoCrNi alaşımlarının çekme testi sonuçlarına göre, saf olan alaşım 515 MPa gerilme dayanımına ve % 57 sünekliğe sahip iken, saf olmayan alaşımın 650 MPa gerilme dayanımına ulaştığı ancak alaşımın sünekliğini kaybettiği belirlenmiştir. Alaşıma Cu eklenmesi YEA'larda önemli bir yapısal ve mekanik değişikliğe neden olmadığı görülmüştür. Ancak, alaşıma Al ilavesi ise kristal yapının yüzey merkezden hacim merkeze doğru dönüşmesine neden olmuştur. % 14 basma gerinimi ile 2770 MPa maksimum basma mukavemetine sahip olan saf olmayan FeCoCrNiAl0.6 alaşımının üretilen alaşımlar arasında en yüksek mukavemete sahip olmakla birlikte Mg, Al, Ti alaşımlarına ve birçok Fe, Ni elementleri içeren alaşımlara göre daha iyi mekanik özellik göstermektedir.