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Nitrogen-induced hardening in an austenitic CrFeMnNi high-entropy alloy (HEA)

Authors :
Jean Dhers
Nathalie Peillon
X. Boulnat
Pierre Mestre-Rinn
Emmanuel Rigal
Franck Tancret
Anna Fraczkiewicz
Mathieu Traversier
Laboratoire Georges Friedel (LGF-ENSMSE)
École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ARC-Nucleart CEA Grenoble (NUCLEART)
Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN)
Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
FRAMATOME
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)
Source :
Materials Science and Engineering: A, Materials Science and Engineering: A, 2021, 804, pp.140725. ⟨10.1016/j.msea.2020.140725⟩, Materials Science and Engineering: A, Elsevier, 2021, 804, pp.140725. ⟨10.1016/j.msea.2020.140725⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

Nitrogen is a well-known gamma-stabiliser in austenitic steels, also responsible for significant solid solution hardening of these materials. Yet, only few papers have studied its impact on austenitic high-entropy alloy (HEA) matrixes. This study focuses on a cobalt-free, non equimolar CrFeMnNi HEA doped with nitrogen. A series of alloys was cast under a nitriding atmosphere to promote nitrogen absorption into the liquid alloy. Study of as-cast alloys has shown nitrogen presence in solid solution up to 0.3 wt % (1.2 at. %). Over the whole range of compositions, a linear increase of hardness (134 HV/wt. % of N) was measured as well as an expansion of the lattice parameter of Δa/a = 1.01/wt. % N due to nitrogen addition in the interstitial sites of the lattice. Tests on forged and annealed samples showed that the increase of hardness with nitrogen addition is higher than in as-cast state (210 HV/wt. % of N) surely due to presence of other strengthening mechanisms. Tensile tests confirmed that the presence of dissolved nitrogen increases yield strength and ultimate strength and enhances strain-hardening, without any modification of ductility.

Details

Language :
English
ISSN :
09215093
Database :
OpenAIRE
Journal :
Materials Science and Engineering: A, Materials Science and Engineering: A, 2021, 804, pp.140725. ⟨10.1016/j.msea.2020.140725⟩, Materials Science and Engineering: A, Elsevier, 2021, 804, pp.140725. ⟨10.1016/j.msea.2020.140725⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....fa95162456de54af52e22473799d63a5
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140725⟩