The topics of high entropy alloys (HEA) and medium entropy alloys (MEA) have been heavily researched in recent years. A HEA usually consists of five or more base elements, and a MEA would have three or four base elements. These types of alloys are multi-principal element alloys (MPEA) that have been thought to have interesting properties due to their high configurational entropy, which was thought to be the reason for stabilized simple solid solution phase in the HEA. The high entropy effect contributing to stable single phase in these alloys has been discussed and has not been found to be a predicament to which MPEA that will present as single phase at lowered temperatures. Still, some of the HEA and MEA investigated have interesting properties such as high ductility and good thermal properties, as is the case for the commonly researched CoCrFeMnNi HEA and the CoCrNi MEA which are both solid solution FCC phase at lower temperatures. This master thesis aims to investigate one of the less commonly researched MEA: equimolar FeCrNi. This alloy has been studied previously, and it was found there might be a possibility of precipitation hardening the alloy. To further study this alloy system, three FeCrNi alloys in the close-to equimolar range were produced and underwent a series of aging heat treatments to study the amount of precipitated secondary phase with composition changes and different aging temperatures. The objective is to evaluate and interpret the data found in the different CALPHAD databases used in Thermo-Calc and FactSage software and make comparisons to the experimental results. This to discuss the possibilities of hardening this alloy through aging treatment. The alloys selected and produced are 33Fe33Cr33Ni, 40Fe30Cr30Ni and 45Fe30Cr25Ni, all in mol%. Through experimental investigation using x-ray diffraction (XRD) analysis, it is found that Cr-rich BCC phase is formed in all alloys after most of the aging treatments performed. The volume fraction of BCC was quantified through the reference intensity ratio (RIR) method. From quantification, the largest volume fraction BCC is found in the equimolar 33Fe33Cr33Ni alloy, and the lowest fraction BCC is shown in the 40Fe30Cr30Ni alloy. The increased volume fraction of BCC coincides with an elevated hardness in all three alloys. It is also found that out of the three equilibrium phase calculations used in this project, the ThermoCalc steel database TCHEA4 seems to give results that are in closest agreement with the experimental results. For future studies in this subject, the recommendation is to further study the mechanical properties of the FeCrNi MEA and assess possibilities for application. / Högentropilegeringar och mediumentropilegeringar har studerats närmre de senaste åren på grund av deras intressanta mekaniska egenskaper. En högentropilegering består vanligtvis av fem eller flera baselement, och en mediumentropilegering har tre eller fyra baselement. Detta skiljer dem från konventionella legeringar som i regel har ett, maximalt två, baselement. Dessa typer av multi-baslegeringar har ansetts ha intressanta egenskaper på grund av deras höga konfigurationsentropi, vilken tros vara orsaken till stabilisering av fast lösningsfas i legeringarna. Högentropieffekten som bidrar till stabil enfas i dessa legeringar har diskuterats och har emellertid inte visat sig vara tillförlitligt för att förutsäga vilka multi-baslegeringar som blir fast lösningsfas vid ett lägre temperaturintervall. Ändå har några av de undersökta legeringarna intressanta egenskaper som hög duktilitet och goda termiska egenskaper, vilket är fallet för högentropilegeringen CoCrFeMnNi och mediumentropilegeringen CoCrNi som båda är enkel FCC-fas vid lägre temperaturer. Detta examensarbete syftar till att undersöka en av de mindre omnämnda mediumentropilegeringarna: ekvimolär FeCrNi. Denna legering har studerats tidigare, och det visade sig att det kan finnas en möjlighet att utskiljningshärda legeringen. För att ytterligare studera detta legeringssystem producerades tre FeCrNi-legeringar i ett sammansättningsintervall nära ekvimolär sammansättning, som sedan genomgick en serie åldringsbehandlingar för att studera mängden utskild sekundär fas beroende på sammansättning och åldringstemperatur. Målet är att utvärdera och tolka data som finns i de olika CALPHAD-databaserna som används i beräkningsverktygen Thermo-Calc och FactSage, och därefter göra jämförelser med experimentresultaten. Detta för att diskutera möjligheterna att härda dessa legeringar med partikelutskiljning. De legeringar som valts och tillverkats är 33Fe33Cr33Ni, 40Fe30Cr30Ni och 45Fe30Cr25Ni, alla angivna i molprocent. Genom experimentella undersökningar med röntgendiffraktionsanalys hittades att BCC-fas med höga halter Cr bildats i alla legeringar efter majoriteten av åldringsbehandlingarna som utförts. Volymfraktionen av BCC kvantifierades genom beräkningar från referensintensitetsförhållande (RIR). Från kvantifiering fås den största volymfraktionen BCC i den ekvimolära 33Fe33Cr33Ni-legeringen, och den lägsta fraktionen BCC i 40Fe30Cr30Ni-legeringen. Högre volymfraktion BCC sammanfaller med en förhöjd hårdhet i alla tre legeringarna. Det visar sig också att utav de tre jämviktsfasberäkningarna som används i detta projekt så är det ThermoCalc-ståldatabasen TCFE10 som gett resultat som överensstämmer med experimentresultaten. För framtida undersökningar inom detta område rekommenderas att studera de mekaniska egenskaperna hos FeCrNi och bedöma möjligheterna för tillämpning av materialet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-291251 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Carsbring, Amanda |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:58 |
Page generated in 0.0029 seconds