Ultrasonic study of as-cast heterogeneous high-entropy alloy AlCuCrCoNiFe

Abstract

The longitudinal vl and transverse vt ultrasonic velocities in different geometric directions and sections of samples of as-cast equimolar high-entropy alloy (HEA) AlCuCrCoNiFe in spatially heterogeneous state are measured by means of the automated ultrasonic techniques of high resolution at the frequencies of 10–30 MHz. A considerable spread of the vl and vt values and the corresponding elastic moduli is revealed in different sections of samples. This fact points to spatial inhomogeneity of the HEA that is consistent with the existence of the α, γ1 and γ2 phases. Alongside with the spatial inhomogeneity, the anisotropy of ultrasonic velocities (4–8%) of the samples is revealed. The values of the elastic moduli 〈Е〉, 〈G〉, 〈B〉, the Debye temperature ΘD, the Poisson’s ratio 〈η〉 and the ratio 〈B〉/〈G〉 are calculated with using the averaged ultrasonic velocities 〈vl〉, 〈vt〉 and the mass density ρ. The acoustic parameters 〈E〉 = 199.1 GPa, 〈G〉 = 77.5 GPa, 〈B〉 = 159.9, 〈ΘD〉 = 498.4 K exceed those for pristine metals composing the HEA and indicate high interatomic bond stiffness, high resistance to dislocations movement and low compressibility. Relatively low established ratios 〈η〉 = 0.29 and 〈B〉/〈G〉 = 2.132 are consistent with low plasticity of the HEA.

С помощью автоматизированного ультразвукового метода высокого разрешения на частотах 10–30 MHz измерены продольная vl и поперечная vt скорости ультразвука в различных геометрических направлениях и на разных участках образцов в литом эквиатомном высокоэнтропийном сплаве (ВЭС) AlCuCrCoNiFe в пространственно неоднородном состоянии. Обнаружен значительный разброс значений vl и vt и соответствующих модулей упругости на различных участках образцов, что указывает на пространственную неоднородность ВЭС и согласуется с существованием α-, γ1- и γ2-фаз. Наряду с пространственной неоднородностью выявлена анизотропия ультразвуковых скоростей (4–8%) в образцах. С использованием усредненных скоростей ультразвука 〈vl〉, 〈vt〉 и массовой плотности ρ рассчитаны значения модулей упругости 〈E〉, 〈G〉, 〈B〉, температура Дебая ΘD, коэффициент Пуассона 〈η〉 и отношение 〈B〉/〈G〉. Акустические параметры 〈E〉 = 199.1 GPa, 〈G〉 = 77.5 GPa, 〈B〉 = 159.9, 〈ΘD〉 = 498.4 K превышают эти значения для чистых металлов, входящих в состав ВЭС, и указывают на высокие жесткость межатомной связи и устойчивость к движению дислокаций и малую сжимаемость. Установлены относительно низкие значения 〈η〉 = 0.29 и отношения 〈B〉/〈G〉 = 2.132, что согласуется с низкой пластичностью ВЭС

За допомогою автоматизованого ультразвукового методу високої роздільної здатності на частотах 10–30 MHz були виміряні поздовжня vl і поперечна vt швидкості ультразвуку в різних геометричних напрямках і на різних ділянках зразків у литому еквіатомному високоентропійному сплаві (ВЕС) AlCuCrCoNiFe в просторово неоднорідному стані. Виявлено значний розкид значень vl і vt та відповідних модулів пружності на різних ділянках зразків, що вказує на просторову неоднорідність ВЕС і узгоджується з існуванням α-, γ1- і γ2-фаз. Поряд з просторовою неоднорідністю виявлено анізотропію швидкостей ультразвуку (4–8%) у зразках. З використанням усереднених значень швидкостей ультразвуку 〈vl〉, 〈vt〉 і масової густини ρ розраховано величини модулів пружності 〈Е〉, 〈G〉, 〈B〉, температури Дебая ΘD, коефіцієнта Пуассона 〈η〉 і відношення 〈B〉/〈G〉. Акустичні параметри 〈E〉 = 199.1 GPa, 〈G〉 = 77.5 GPa, 〈B〉 = 159.9, 〈ΘD〉 = 498.4 K перевищують ці значення для чистих металів, що входять до складу ВЕС, і вказують на високі жорсткість міжатомного зв’язку та високу стійкість до руху дислокацій і мале стискання. Встановлено відносно низькі значення 〈η〉 = 0.29 і відношення 〈B〉/〈G〉 = 2.132, що узгоджується з низькою пластичністю ВЕС