Conception et étude métallographique d'alliages à haute entropie CoNiFeMnCr équimolaires bruts de fonderie additionnés ou non de C + Hf ou Ta, pour explorer leur potentiel à être renforcés mécaniquement à chaud par carbures MC - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2022

Design and metallography study of as–cast high entropy alloys of the equimolar CoNiFeMnCr type, added or not with C + Hf or Ta, to explore their possibilities of strengthening by MC carbides for uses at high temperature

Conception et étude métallographique d'alliages à haute entropie CoNiFeMnCr équimolaires bruts de fonderie additionnés ou non de C + Hf ou Ta, pour explorer leur potentiel à être renforcés mécaniquement à chaud par carbures MC

Patrice Berthod

Résumé

In this work, two superalloys known for their high temperature chemical and mechanical properties, Co–25Cr–0.25C–3.7Hf and Co–10Ni–30Cr–0.2C–4Ta, were considered as bases for developing High Entropy Alloys (HEA) reinforced by MC carbides. Three alloys were elaborated by casting: a reference equimolar CoNiFeMnCr HEA alloy, and two versions with C (0.25 wt.%) and Hf (3.7 wt.%) or Ta (3.8 wt.%) to favor the formation of HfC or TaC carbides in quantities similar to the two Co–based superalloys cited above. The obtained microstructures were characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectrometry (EDS). The equimolar CoNiFeMnCr alloy is obviously single–phased while its versions containing either Hf and C, or Ta and C, are both double–phased. The {Hf,C}–added alloy is made of a Hf–free equimolar CoNiFeMnCr solid solution with a dendritic morphology, and interdendritic script–like eutectic HfC carbides: This is a little different for the {Ta,C}–added alloy since this one is made of a 2wt.%Ta–containing dendritic matrix (in which Co, Ni, Fe, Mn and Cr are all present with contents close to 20wt.% each) and of interdendritic script–like eutectic TaC carbides. The {Hf,C}–added alloy, which is double–phased and the matrix of which contains exclusively Co, Ni, Fe, Mn and Cr while the second phase is the HfC monocarbide, can be really considered as a composite material resulting from the imbrication of a ductile HEA matrix and dispersed HfC hard particles. This is less true for the {Ta,C}–added alloy in which Ta and C are shared between the matrix and the TaC monocarbides.
Cette étude exploratoire prend deux superalliages base cobalt de composition Co–25Cr–0.25C–3.7Hf et Co–10Ni–30Cr–0.2C–4Ta comme points de départ. Elle vise à transposer leur principe de renforcement par carbures MC à des alliages à haute entropie (HEA). Trois alliages, un CoNiFeMnCr équimolaire et deux versions de ce premier alliage consistant en l’addition soit de C et de Hf, soit de C et de Ta, ont été synthétisés par fonderie conventionnelle sous atmosphère inerte puis préparés sous forme d’échantillons métallographiques. Leurs microstructures à l’état brut de coulée ont été observées au microscope électronique à balayage (MEB). Leurs compositions chimiques générales ont été contrôlées par Spectrométrie de Dispersion d’Energie (EDS). Des pointés EDS ont également été réalisés pour connaître la composition chimique des différentes phases présentes. Les résultats suggèrent que l’alliage de base CoNiFeMnCr obtenu est bien équimolaire et monophasé. L’alliage additionné de C (0,25 pds.% de l’alliage total) et de Hf (3,7 pds.% de l’alliage total) est biphasé, constitué d’une solution solide contenant exclusivement Co, Ni, Fe, Mn et Cr, et de monocarbures HfC de type script d’apparence eutectique et présents dans les espaces interdendritiques. L’alliage additionné de C (0,25 pds.% de l’alliage total) et de Ta (3,8 pds.% de l’alliage total) est lui aussi biphasé, constitué d’une solution solide contenant principalement Co, Ni, Fe, Mn et Cr mais aussi 2 pds.%Ta, et de monocarbures TaC de type script d’apparence eutectique présents dans les espaces interdendritiques. Des deux, c’est surtout l’alliage avec hafnium et carbon qui peut être considéré comme un vrai matériau composite à matrice métallique de type HEA équimolaire, renforcé par des particules dures HfC dispersées.
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HEA CoNiFeMnCr with HfC or TaC.pdf (1.3 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03636294 , version 1 (09-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03636294 , version 1

Citer

Patrice Berthod. Conception et étude métallographique d'alliages à haute entropie CoNiFeMnCr équimolaires bruts de fonderie additionnés ou non de C + Hf ou Ta, pour explorer leur potentiel à être renforcés mécaniquement à chaud par carbures MC. 2022. ⟨hal-03636294⟩
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