Thermomechanical treatment of the Al0.3CoCrFeMnNi complex concentrated alloy
Traitement thermomécanique de l'alliage concentré complexe Al0.3CoCrFeMnNi : Interactions entre déformation, recristallisation et précipitation
Résumé
High-entropy alloys have emerged recently as a new family of metallic alloys. Rather than being based on one principal elements, as iron in steels, these alloys are constituted of multiple principal elements mixed in similar ratios. From this new family, Cantor’s alloy, of equimolar composition CoCrFeMnNi, stood out due to its single-phase face centred cubic microstructures and to the activation of twinning during its deformation. Hence, it became a base alloy for further microstructural and/or chemical optimisations. This manuscript focuses on this alloy with the addition of 6 at.% of aluminium to enable the formation of an ordered body centred cubic phase called B2, harder than the matrix. This alloy is called C+Al. The aim is to understand how this alloy behaves when submitted to conventional thermomechanical treatments used in industry, and the influence of the B2 phase. More precisely, the interactions between deformation recrystallisation and precipitation are studied during hot compression tests, cold rolling and subsequent annealing treatments. Closely related alloys, such as an austenitic stainless steel of grade 304L and Cantor’s alloy, are used as references to identify the specificities of high-entropy alloys and of C+Al. Overall, single-phase high-entropy alloys revealed close to the 304L steel, with an increased solid solution strengthening and slower grain growth kinetics. Conventional thermomechanical treatments and more especially the development of a new processing route revealed successful to optimise the distribution of the B2 phase. A large range of microstructures was obtained translating to a wide range of tensile properties pushing forward the well-known strength-ductility trade-off.
Les alliages à haute entropie sont une nouvelle famille d’alliages métalliques. Plutôt que de se baser sur un élément principal, comme le fer dans les aciers, ces alliages sont constitués de plusieurs éléments principaux mélangés en des proportions similaires. De cette nouvelle famille, l’alliage de Cantor, de composition équimolaire CoCrFeMnNi, a émergé du fait de sa microstructure monophasée cubique face centrée et de l’activation du maclage pendant sa déformation. Ainsi, il est devenu une base pour de nouvelles optimisations chimiques et/ou microstructurales. Ce manuscrit s’intéresse à cet alliage auquel 6 at.% d’aluminium ont été ajoutés, permettant la formation d’une phase cubique centrée ordonnée appelée B2, plus dure que la matrice. Cet alliage est appelé C+Al. L’objectif est de comprendre comment cet alliage se comporte lorsque soumis à différentes étapes thermomécaniques utilisées conventionnellement en industrie, et comprendre l’influence de la phase B2. Plus précisément, les interactions entre déformation, recristallisation et précipitation seront étudiées lors d’essais de compression à chaud, de laminage à froid et de recuits. Un acier inoxydable austénitique de grade 304L et l’alliage de Cantor, sont utilisés comme points de comparaison pour identifier les spécificités des alliages à haute entropie et de C+Al. De façon générale, les alliages à haute entropie monophasés se sont révélés proche de l’acier 304L, avec toutefois un renforcement par solution solide accru et des cinétiques de croissance de grains plus lentes. Les traitements thermomécaniques classiques et notamment le développement d’une nouvelle route procédé se sont révélés efficaces pour optimiser la distribution de la phase B2. Une large gamme de microstructures a ainsi été atteinte se traduisant en une large gamme de propriétés en traction repoussant le classique compromis résistance-ductilité.
Origine : Version validée par le jury (STAR)