В настоящей работе впервые проведено исследование влияния дополнительной деформационно-термической обработки, включающей отжиг при 150 или 230 °С и дополнительную деформацию кручением под высоким давлением при комнатной температуре на 0.25 оборота, на микроструктуру, механические свойства и электропроводность сплава Al-1.17Mg-0.33Zr (мас. %) проводникового назначения в ультрамелкозернистом состоянии, предварительно сформированном обработкой кручением под высоким давлением при комнатной температуре. Показано, что дополнительная деформационно-термическая обработка при обеих температурах отжига приводит к проявлению в материале эффекта пластификации - значительному увеличению пластичности (на порядок и более) при сохранении высокой прочности на уровне 80 % от прочности сплава в состоянии до обработки. Проведено сравнение полученного эффекта с таковым для ультрамелкозернистых сплавов Al-Mg-Zr с меньшей концентрацией магния. Показано, что в результате применения деформационно-термической обработки (отжига при 150 °С и дополнительной деформации кручением под высоким давлением на 0.25 оборота) величина достигнутой пластичности уменьшается, а прочность повышается с увеличением концентрации Mg от ~0.5 до ~1.2 мас. %. Ультрамелкозернистый сплав Al-1.17Mg-0.33Zr демонстрирует более высокую термостабильность по сравнению с ультрамелкозернистыми сплавами Al-Mg-Zr с меньшим содержанием Mg. Это позволило при реализации деформационно-термической обработки использовать более высокую температуру отжига (230 °С). Установлено, что деформационно-термическая обработка, включающая отжиг при 230 °С и деформацию кручением под высоким давлением на 0.25 оборота, обеспечивает достижение наилучшего сочетания прочности (предела текучести ~380 МПа, предела прочности ~475 МПа) и пластичности (удлинения до разрушения 9 %, равномерной деформации 4 %), которое не уступает коммерческим сплавам Al-Mg с содержанием магния ~4 % после традиционной упрочняющей обработки или обработки, включающей равноканальное угловое прессование. Физические причины достижения такой комбинации свойств анализируются в сопоставлении с микроструктурными изменениями, происходящими в процессе деформационно-термической обработки.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
Алюминиевые сплавы находят широкое применение благодаря их высокой электро- и теплопроводности, низкому удельному весу и превосходной коррозионной стойкости. Они используются в различных отраслях промышленности, включая электротехнику, автомобилестроение, кораблестроение, аэрокосмическую промышленность и др. [1–4]. Однако существенным недостатком сплавов на основе алюминия является их относительно низкая прочность. Формирование ультрамелкозернистых структур посредством процессов интенсивной пластической деформации может существенно повысить прочность алюминиевых сплавов, увеличивая тем самым потенциал их применения [5–10]. Методы интенсивной пластической деформации успешно используются для достижения высокой прочности в ряде алюминиевых сплавов за счет измельчения зерна и формирования специфических наноструктурных особенностей [11–16]. В частности, в ряде случаев дополнительное упрочнение в ультрамелкозернистых сплавах, например на основе систем Al-Cu-Mg [17], Al-Cu-Zr [11] и Al-Mg-Zr [16], не может быть объяснено только действием традиционных механизмов упрочнения, что позволяет предположить участие дополнительных механизмов, связанных с выделением на границах зерен нанопреципитатов и/или с образованием неравновесных сегрегаций в ходе интенсивной пластической деформации. При этом обработка интенсивной пластической деформацией приводит к значительному снижению пластичности, что ограничивает практическое применение ультрамелкозернистых сплавов.
Список литературы
1. Yuan, W., Liang, Z., Zhang, C., and Wei, L., Effects of La Addition on the Mechanical Properties and Thermal-Resistant Properties of Al-Mg-Si-Zr Alloys Based on AA 6201, Mater. Des., 2012, vol. 34, pp. 788-792. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.07.003
2. Yoshida, K. and Doi, K., Improvement of Ductility of Aluminum Wire for Automotive Wiring Harness by Alternate Drawing, Proc. Eng., 2014, vol. 81, pp. 706-711. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.10.064
3. Changela, K., Krishnaswamy, H., and Digavalli, R.K., Development of Combined Groove Pressing and Rolling to Produce Ultra-Fine Grained Al Alloys and Comparison with Cryorolling, Mater. Sci. Eng. A., 2019, vol. 760, pp. 7-18. DOI: 10.1016/j.msea.2019.05.088
4. Yang, B., Wang, Y., Gao, M., Wang, C., and Guan, R., Microstructural Evolution and Strengthening Mechanism of Al-Mg Alloys with Fine Grains Processed by Accumulative Continuous Extrusion Forming, J. Mater. Sci. Technol., 2022, vol. 128, pp. 195-204. DOI: 10.1016/j.jmst.2022.03.032
5. Valiev, R.Z., Straumal, B., and Langdon, T.G., Using Severe Plastic Deformation to Produce Nanostructured Materials with Superior Properties, Annu. Rev. Mater. Res., 2022, vol. 52, pp. 357-382. DOI: 10.1146/annurev-matsci-081720-123248
6. Zhilyaev, A.P., Torres, M.J., Cadena, H.D., Rodriguez, S.L., Calvo, J., and Cabrera, J.M., The Effect of Pre-Annealing on the Evolution of the Microstructure and Mechanical Behavior of Aluminum Processed by a Novel SPD Method, Materials, 2020, vol. 13, p. 2361. DOI: 10.3390/ma13102361
7. Radhi, H.N., Aljassani, A.M., and Mohammed, M.T., Effect of ECAP on Microstructure, Mechanical and Tribological Properties of Aluminum and Brass Alloys: A Review, Mater. Today Proc., 2020, vol. 26, pp. 2302-2307. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.02.497
8. Mathew, R.T., Singam, S., Ghosh, P., Masa, S.K., and Prasad, M.J.N.V., The Defining Role of Initial Microstructure and Processing Temperature on Microstructural Evolution, Hardness and Tensile Response of Al-Mg-Sc-Zr (AA5024) Alloy Processed by High Pressure Torsion, J. Alloys Compd., 2022, vol. 901, p. 163548. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.163548
9. Agarwal, K.M., Tyagi, R.K., Choubey, V., and Saxena, K.K., Mechanical Behaviour of Aluminium Alloy AA6063 Processed through ECAP with Optimum Die Design Parameters, Adv. Mater. Process. Technol., 2022, vol. 8, pp. 1901-1915. DOI: 10.1080/2374068X.2021.1878705
10. Murashkin, M.Y., Enikeev, N.A., and Sauvage, X., Potency of Severe Plastic Deformation Processes for Optimizing Combinations of Strength and Electrical Conductivity of Lightweight Al-Based Conductor Alloys, Mater. Trans., 2023, vol. 64, pp. 1833-1843. DOI: 10.2320/matertrans.MT-MF2022048
11. Orlova, T.S., Sadykov, D.I., Danilov, D.V., and Murashkin, M.Y., Influence of Decreased Temperature on the Plasticization Effect in High-Strength Al-Cu-Zr Alloy, J. Alloys Compd., 2023, vol. 931, p. 167540. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.167540
12. Medvedev, A.E., Murashkin, M.Y., Enikeev, N.A., Valiev, R.Z., Hodgson, P.D., and Lapovok, R., Optimization of Strength-Electrical Conductivity Properties in Al-2Fe Alloy by Severe Plastic Deformation and Heat Treatment, Adv. Eng. Mater., 2018, vol. 20, p. 1700867. DOI: 10.1002/adem.201700867
13. Andreau, O., Gubicza, J., Zhang, N.X., Huang, Y., Jenei, P., and Langdon, T.G., Effect of Short-Term Annealing on the Microstructures and Flow Properties of an Al-1% Mg Alloy Processed by High-Pressure Torsion, Mater. Sci. Eng. A., 2014, vol. 615, pp. 231-239. DOI: 10.1016/j.msea.2014.07.018
14. Attarilar, S., Ebrahimi, M., Hsieh, T.H., Uan, J.Y., and Göde, C., An Insight into the Vibration-Assisted Rolling of AA5052 Aluminum Alloy: Tensile Strength, Deformation Microstructure, and Texture Evolution, Mater. Sci. Eng. A., 2021, vol. 803, p. 140489. DOI: 10.1016/j.msea.2020.140489
15. Zha, M., Li, Y., Mathiesen, R.H., Bjørge, R., and Roven, H.J., Achieve High Ductility and Strength in an Al-Mg Alloy by Severe Plastic Deformation Combined with Inter-Pass Annealing, Mater. Sci. Eng. A., 2014, vol. 598, pp. 141-146. DOI: 10.1016/j.msea.2013.12.103
16. Orlova, T.S., Latynina, T.A., Murashkin, M.Y., Chabanais, F., Rigutti, L., and Lefebvre, W., Effects of Mg on Strengthening Mechanisms in Ultrafine-Grained Al-Mg-Zr Alloy, J. Alloys Compd., 2021, vol. 859, p. 157775. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157775
17. Masuda, T., Sauvage, X., Hirosawa, S., and Horita, Z., Achieving Highly Strengthened Al-Cu-Mg Alloy by Grain Refinement and Grain Boundary Segregation, Mater. Sci. Eng. A., 2020, vol. 793, p. 139668. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139668
18. Huang, X., Hansen, N., and Tsuji, N., Hardening by Annealing and Softening by Deformation in Nanostructured Metals, Science, 2006, vol. 312, pp. 249-251. DOI: 10.1126/science.1124268
19. Orlova, T.S., Skiba, N.V., Mavlyutov, A.M., Murashkin, M.Y., Valiev, R.Z., and Gutkin, M.Y., Hardening by Annealing and Implementation of High Ductility of Ultrafine Grained Aluminum: Experiment and Theory, Rev. Adv. Mater. Sci., 2018, vol. 57, pp. 224-240. DOI: 10.1515/rams-2018-0068
20. Orlova, T.S., Mavlyutov, A.M., Murashkin, M.Y., Enikeev, N.A., Evstifeev, A.D., Sadykov, D.I., and Gutkin, M.Y., Influence of Decreased Temperature of Tensile Testing on the Annealing-Induced Hardening and Deformation-Induced Softening Effects in Ultrafine-Grained Al-0.4Zr Alloy, Materials, 2022, vol. 15, p. 8429. DOI: 10.3390/ma15238429
21. Orlova, T.S., Mavlyutov, A.M., Sadykov, D.I., Enikeev, N.A., and Murashkin, M.Y., Effect of Deformation-Induced Plasticity in Low-Alloyed Al-Mg-Zr Alloy Processed by High-Pressure Torsion, Metals, 2023, vol. 13(9), p. 1570. DOI: 10.3390/met13091570
22. Belov, N.A., Korotkova, N.O., Akopyan, T.K., and Timofeev, V.N., Structure and Properties of Al-0.6% Zr-0.4% Fe-0.4% Si (wt %) Wire Alloy Manufactured by Electromagnetic Casting, JOM, 2020, vol. 72, pp. 1561-1570. DOI: 10.1007/s11837-019-03875-0
23. Çadırlı, E., Tecer, H., Sahin, M., Yılmaz, E., Kırındı, T., and Gündüz, M., Effect of Heat Treatments on the Microhardness and Tensile Strength of Al-0.25 wt % Zr Alloy, J. Alloys Compd., 2015, vol. 632, pp. 229-237. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.01.193
24. Jiang, S.Y. and Wang, R.H., Manipulating Nanostructure to Simultaneously Improve the Electrical Conductivity and Strength in Microalloyed Al-Zr Conductors, Sci. Rep., 2018, vol. 8, p. 6202. DOI: 10.1038/s41598-018-24527-4
25. Murashkin, M.Yu., Sadykov, D.I., Mavlyutov, A.M., Kazykhanov, V.U., and Enikeev, N.A., Effect of Mg Content on Mechanical Properties and Electrical Conductivity of Ultrafine-Grained Al-Mg-Zr Wires Produced by ECAP-Conform and Drawing, J. Mater. Sci., 2024, vol. 59, pp. 5923-5943. DOI: 10.1007/s10853-024-09402-0
26. Sauvage, X., Duchaussoy, A., and Zaher, G., Strain Induced Segregations in Severely Deformed Materials, Mater. Trans., 2019, vol. 60, pp. 1151-1158. DOI: 10.2320/matertrans.MF201919
27. Duchaussoy, A., Sauvage, X., Deschamps, A., De Geuser, F., Renou, G., and Horita, Z., Complex Interactions between Precipitation, Grain Growth and Recrystallization in a Severely Deformed Al-Zn-Mg-Cu Alloy and Consequences on the Mechanical Behavior, Materialia, 2021, vol. 15, p. 101028. DOI: 10.1016/j.mtla.2021.101028
28. Sadykov, D.I., Murashkin, M.Yu., Kirilenko, D.A., Levin, A.A., Lihachev, A.I., and Orlova, T.S., Anomalous Mechanical Behavior of Ultrafine-Grained Al-Mg-Zr Alloy at Low Temperature, Phys. Solid State, 2024, vol. 66, pp. 902-913. DOI: 10.61011/PSS.2024.06.58633.119
29. Zhilyaev, A.P. and Langdon, T.G., Using High-Pressure Torsion for Metal Processing: Fundamentals and Applications, Prog. Mater. Sci., 2008, vol. 53(6), pp. 893-979. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2008.03.002
30. Lutterotti, L., Matthies, R., Wenk, H.R., Schultz, A., and Richardson, J., Combined Texture and Structure Analysis of Deformed Limestone from Time-of-Flight Neutron Diffraction Spectra, J. Appl. Phys., 1997, vol. 81, pp. 594-600. DOI: 10.1063/1.364220
31. Williamson, G.K. and Smallman, III., R.E., Dislocation Densities in Some Annealed and Cold-Worked Metals from Measurements on the X-Ray Debye-Scherrer Spectrum, Philos. Mag., 1956, vol. 1, pp. 34-46. DOI: 10.1080/14786435608238074
32. Hirth, J.P. and Lothe, J., Theory of Dislocations, Oxford: Pergamon, 1972.
33. Алиев, С.Г., Альтман, М.Б., Амбурцумян, С.М. и др., Промышленные алюминиевые сплавы, Москва: Металлургия, 1984.
34. Aluminum: Properties and Physical Metallurgy, ASM Int., 1984.
35. Puspasari, V., Astawa, I.N.G.P., Herbirowo, S., and Mabruri, E., Mechanical Properties and Microstructure of Al-Mg (5052) Alloy Processed by Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) with Variation of ECAP Routes and Heat Treatment, Izv. Ferrous Metallurgy, 2024, vol. 67, pp. 37-46. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-1-37-46
36. Markushev, M.V., Bampton, C.C., Murashkin, M.Yu., and Hardwick, D.A., Structure and Properties of Ultra-Fine Grained Aluminium Alloys Produced by Severe Plastic Deformation, Mater. Sci. Eng. A., 1997, vol. 234-236, pp. 927-931. DOI: 10.1016/S0921-5093(97)00333-X
37. Kawazoe, M., Shibata, T., Mukai, T., and Higashi, K., Elevated Temperature Mechanical Properties of 5056 Al-Mg Alloy Processed by Equal-Channel-Angular-Extrusion, Scripta Mater., 1997, vol. 36, pp. 699-705. DOI: 10.1016/S1359-6462(96)00446-0
38. Orlova, T.S., Latyninа, T.A., Mavlyutov, A.M., Murashkin, M.Y., and Valiev, R.Z., Effect of Annealing on Microstructure, Strength and Electrical Conductivity of the Pre-Aged and HPT-Processed Al-0.4Zr Alloy, J. Alloys Compd., 2019, vol. 784, pp. 41-48. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.12.324
39. Chen, C., Chen, Y., Yu, J., Liu, M., and Zhang, J., Microstructural Evolution and Multi-Mechanism Strengthening Model of Nanocrystalline Al-Mg Alloys, J. Alloys Compd., 2024, vol. 983, p. 173905. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.173905
40. Zha, M., Zhang, H.M., Meng, X.T., Jia, H.L., Jin, S.B., Sha, G., Wang, H.Y., Li, Y.J., and Roven, H.J., Stabilizing a Severely Deformed Al-7Mg Alloy with a Multimodal Grain Structure Via Mg Solute Segregation, J. Mater. Sci. Tech., 2021, vol. 89, pp. 141-149. DOI: 10.1016/j.jmst.2021.01.086
41. Koju, R.K. and Mishin, Y., Atomistic Study of Grain-Boundary Segregation and Grain-Boundary Diffusion in Al-Mg Alloys, Acta Mater., 2020, vol. 201, pp. 596-603. DOI: 10.1016/j.actamat.2020.10.029
42. Zha, M., Li, Y., Mathiesen, R.H., Bjørge, R., and Roven, H.J., Annealing Response of Binary Al-7Mg Alloy Deformed by Equal Channel Angular Pressing, Mater. Sci. Eng. A., 2013, vol. 586, pp. 374-381. DOI: 10.1016/j.msea.2013.08.039
43. Huang, Y. and Humphreys, F.J., The Effect of Solutes on Grain Boundary Mobility during Recrystallization and Grain Growth in Some Single-Phase Aluminium Alloys, Mater. Chem. Phys., 2012, vol. 132, pp. 166-174. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2011.11.018
44. Liu, Y., Liu, M., Chen, X., Cao, Y., Roven, H.J., Murashkin, M., Valiev, R.Z., and Zhou, H., Effect of Mg on Microstructure and Mechanical Properties of Al-Mg Alloys Produced by High Pressure Torsion, Scripta Mater., 2019, vol. 159, pp. 137-141. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.09.033
45. Liu, M.P., Jiang, T.H., Xie, X.F., Qiang, L.I.U., Li, X.F., and Roven, H.J., Microstructure Evolution and Dislocation Configurations in Nanostructured Al-Mg Alloys Processed by High Pressure Torsion, Trans. Nonferr. Met. Soc. Chin., 2014, vol. 24(12), pp. 3848-3857. DOI: 10.1016/S1003-6326(14)63542-1
46. Takai, R., Kimura, S., Kashiuchi, R., Kotaki, H., and Yoshida, M., Grain Refinement Effects on the Strain Rate Sensitivity and Grain Boundary Sliding in Partially Solidified Al-5 wt % Mg Alloy, Mater. Sci. Eng. A., 2016, vol. 667, pp. 417-425. DOI: 10.1016/j.msea.2016.05.023
47. Kamikawa, N., Huang, X., Tsuji, N., and Hansen, N., Strengthening Mechanisms in Nanostructured High-Purity Aluminium Deformed to High Strain and Annealed, Acta Mater., 2009, vol. 57(14), pp. 4198-4208. DOI: 10.1016/j.actamat.2009.05.017
48. Asgharzadeh, H., Simchi, A., and Kim, H.S., Microstructural Features, Texture and Strengthening Mechanisms of Nanostructured AA6063 Alloy Processed by Powder Metallurgy, Mater. Sci. Eng. A., 2011, vol. 528(12), pp. 3981-3989. DOI: 10.1016/j.msea.2011.01.082
49. Asgharzadeh, H., Simchi, A., and Kim, H.S., Microstructure and Mechanical Properties of Oxide-Dispersion Strengthened Al6063 Alloy with Ultra-Fine Grain Structure, Metal. Mater. Trans. A., 2011, vol. 42, pp. 816-824. DOI: 10.1007/s11661-010-0510-1
50. Hall, E.O., The Deformation and Ageing of Mild Steel: III Discussion of Results, Proc. Phys. Soc. B., 1951, vol. 64(9), p. 747. DOI: 10.1088/0370-1301/64/9/303
51. Petch, N.J., The Cleavage Strength of Polycrystals, J. Iron Steel Inst., 1953, vol. 174, pp. 25-28.
52. Brown, L.M. and Ham, R.K., in Strengthening Methods in Crystals, Kelly, A. and Nicholson, R.B., Eds., London: Applied Science, 1971.
53. Totten, G.E. and MacKenzie, D.S., Handbook of Aluminium, New York: Marcel Dekker, 2003.
54. Nabarro, F.R.N., Basinski, Z.S., and Holt, D.B., The Plasticity of Pure Single Crystals, Adv. Phys., 1964, vol. 13, p. 193. DOI: 10.1080/00018736400101031
55. Hansen, N. and Huang, X., Microstructure and Flow Stress of Polycrystals and Single Crystals, Acta Mater., 1998, vol. 46(5), pp. 1827-1836. DOI: 10.1016/S1359-6454(97)00365-0
56. Zhao, D., Løvvik, O.M., Marthinsen, K., and Li, Y., Segregation of Mg, Cu and Their Effects on the Strength of Al Σ5 (210)[001] Symmetrical Tilt Grain Boundary, Acta Mater., 2018, vol. 145, pp. 235-246,. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.12.023
57. Masuda, T., Sauvage, X., Hirosawa, S., and Horita, Z., Achieving Highly Strengthened Al-Cu-Mg Alloy by Grain Refinement and Grain Boundary Segregation, Mater. Sci. Eng. A., 2020, vol. 793, p. 139668. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139668
Выпуск
Другие статьи выпуска
Исследование распространения волн в сложных структурах, состоящих из различных материалов и имеющих разные условия на границе раздела, представляет большую важность во многих областях, таких как геофизика, неразрушающий контроль и сенсорные технологии. Горизонтально поляризованные сдвиговые волны распространяются в направлении нормали к поверхности среды. Поведение волн зависит от свойств материала, характера сцепления слоев и граничных условий. Для внутренних областей Земли характерна неоднородность, наличие напряжений и неидеального сцепления между слоями. В связи с этим настоящее исследование посвящено детальному изучению распространения нормальных горизонтально поляризованных поперечных волн в структуре сложной геометрии, состоящей из неоднородного слоя, лежащего на предварительно напряженном основании. Поскольку достичь идеального контакта между материалами с различными свойствами практически невозможно, сцепление между слоем и подложкой считается неидеальным. Для моделирования неидеальной границы раздела задавали различные условия, среди которых дислокационные, силовые и пружинные. Помимо условий на границе раздела вводили граничные условия на свободной поверхности слоя (свободная или жестко закрепленная граница). Для каждого сценария получены аналитические дисперсионные соотношения. Влияние различных параметров, таких как неоднородность, начальное напряжение, толщина слоя, дефекты и коэффициенты скачков, на распространение нормальных горизонтально поляризованных волн представлено в графическом виде.
Снижение удароопасности угольных пластов, склонных к внезапным выбросам породы и газа, является одной из ключевых проблем в области обеспечения геодинамической безопасности ведения горных работ. В работе представлена математическая модель гидроразрыва пород кровли как одного из ключевых методов снижения удароопасности. В качестве выемочного участка рассмотрены особенности строения свиты вмещающих пород пласта 3 шахты Алардинская Кондомского месторождения Кузнецкого угольного бассейна. На основе трехмерного конечно-разностного анализа с привлечением подхода континуальной механики накопления повреждений в работе выполнен анализ влияния расстояния между скважинами гидроразрыва на формирование эффективной сети трещин в труднообрушаемой кровле. Показано, что с изменением начального расстояния между скважинами гидроразрыва изменяется не только время формирования эффективной сети трещин, но и характер изменения расстояния между смежными областями накопленных повреждений. Проведение гидроразрыва пород кровли из забоя имеет благоприятное влияние на редуцирование опорного давления и снижение удароопасности.
Рассмотрены феноменология и природа двухуровневого (основы и вторых фаз) наноструктурирования при выполнении термомеханической обработки сложнолегированных алюминиевых сплавов, реализующей их холодную интенсивную пластическую деформацию. Обоснована важность учета и применения принципа оптимизации гетерогенности структуры, регламентирующего параметры вторых фаз сплавов, с целью контроля наноструктурирования их матрицы. Сформулирован ряд положений, которые могут послужить основой разработки критериев указанного принципа для термомеханической обработки с интенсивной пластической деформацией, обеспечивающих улучшенный комплекс свойств сплава через эффективный контроль наноструктурирования матрицы. Предложен новый подход к классификации наноструктурированных сплавов.
Проведено исследование влияния малоцикловой усталости при повышенных температурах на микроструктуру новой 10% Cr стали с низким содержанием азота и высоким содержанием бора, дополнительно легированной кобальтом, вольфрамом, молибденом и рением. После термической обработки реечная структура троостита отпуска с высокой плотностью дислокаций как внутри реечного пространства, так и в границах мартенситных реек стабилизирована частицами зернограничных карбидов М23С6 и М6С, а также карбонитридами NbX, равномерно распределенными в объеме матрицы. Средняя ширина мартенситных реек составляла 380 нм, а плотность свободных дислокаций внутри реечного пространства - 1.4 ∙ 1014 м-2. При малоцикловой усталости с увеличением амплитуды деформации от 0.2 до 1 % количество циклов до разрушения снижается на ~2 порядка, при этом вклад пластической составляющей деформации существенно увеличивается. Максимальное разупрочнение (24 %) наблюдается при температуре 650 °С и амплитуде деформации 0.6 % в середине количества циклов нагружения. После испытаний на малоцикловую усталость в структуре исследуемой стали обнаружены мелкие рекристаллизованные зерна, свободные от искажений решетки. Более того, реечная структура стали начинает трансформироваться в субзеренную структуру, при этом ширина реек и размер субзерен зависят от амплитуды деформации. Плотность свободных дислокаций практически не меняется с увеличением амплитуды деформации по сравнению с исходным состоянием, при этом плотность дислокаций в границах мартенситных реек существенно снижается с увеличением амплитуды деформации за счет снижения протяженности границ мартенситных реек. Фрактография изломов показала, что при обеих повышенных температурах испытания на малоцикловую усталость оксидные частицы выступают в качестве источников зарождения трещин.
Биосовместимые магниевые сплавы являются перспективными для применения в качестве материалов для изготовления биорезорбируемых имплантатов. Данная работа посвящена определению рациональных режимов равноканального углового прессования (РКУП) сплава Mg-8.6Zn-1.2Zr с целью формирования структурного состояния, обеспечивающего высокие характеристики прочности и коррозионной стойкости. Установлено, что один проход РКУП при температуре 400 °С позволяет достичь заметного прироста предела прочности (до 330 МПа), однако при этом ухудшается коррозионная стойкость. Анализ вкладов в предел текучести показал, что даже при высокой температуре 400 °С вклад от дислокационного упрочнения соизмерим с вкладом от измельчения зеренной структуры. Иммерсионные испытания свидетельствуют о том, что после первого прохода РКУП при 400 °С скорость коррозии в растворе Рингера достигает 9 мм/год. Было предложено провести дополнительно второй проход РКУП со снижением температуры до 250 °С, что в результате позволило сохранить предел прочности на уровне 325 МПа и поднять коррозионную стойкость до уровня, соответствующего исходному отожженному состоянию, с величиной скорости коррозии 6 мм/год. EBSD-исследования позволяют связать такое поведение с увеличением в структуре количества специальных границ типа Σ13a, Σ15b, Σ17a после второго прохода цикла РКУП.
В ряде случаев полимерные композитные материалы могут демонстрировать существенно нелинейный характер деформирования. В данной работе была исследована эффективность применения двух относительно простых моделей, учитывающих нелинейный характер деформирования тканевого композита с термореактивной матрицей. В обоих случаях было принято предположение о независимости кривой сдвига от вида напряженного состояния, а также определены границы применимости соответствующего допущения. Представлен простой алгоритм калибровки моделей, не требующий данных о поведении композитов при двухосном нагружении, который позволяет идентифицировать параметры моделей на основе стандартных испытаний на растяжение и сдвиг. Обе модели деформирования были реализованы в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench для детального анализа напряженно-деформированного состояния полимерных композитных материалов при комбинированном нагружении. Верификацию моделей деформирования проводили по результатам испытаний образцов композита c тканевым армированием, вырезанных под различными углами к направлению основы, а также образцов композита с симметричной укладкой ±φ. Было установлено, что предложенные модели деформирования могут предсказывать нелинейный механический отклик тканевых композитов с термореактивной матрицей в условиях комбинированного нагружения с приемлемой точностью при деформациях сдвига до 5 %.
Упругие свойства ряда бинарных сплавов титана Ti-Ме (Ме = V, Nb, Mo, Ta) c объемно-центрированной структурой расчетов с использованием методов точных МТ-орбиталей в приближении когерентной способности. Показано, что константы упругости C 11 и C 12 увеличиваются с концентрацией второго компонента в сплавах β-Ti-Me, хотя последняя слабо зависит от содержания, тогда как C 44 снижается в V и Nb, но это предусмотрено для Мо и Та. Расчет плотностей электронного течения показал, что концентрационное поведение C 11 обусловлено своеобразными химическими связями со следующими соседями, что наиболее выражено при увеличении числа d-электронов данного элемента. Установлено, что для всех изученных бинарных сплавов наименьшие значения модуля Юнга могут быть обнаружены вблизи области нестабильности β-фазы, а также в направлении <100>. С ростом содержания тантала анизотропия модуля Юнга уменьшается, но тогда ее характер сохраняется, как сплавы с V, Nb и Mo, при некоторых основах второго компонента становятся практически изотропными и меняется характер анизотропии. В результате полученные характеристики упругости бинарных титановых сплавов находятся в хороших согласованиях с учетом экспериментальных и теоретических данных.
Природа неустойчивостей пластического течения θи S-типа рассмотрена в рамках концепции автоволн локализованной пластичности. Показано, что в одном и том же материале (АРМКО-железо) возможно возникновение неустойчивости деформации в виде распространения автоволн переключения или возбуждения. Автоволна переключения представляет собой равномерно движущийся при постоянном напряжении фронт локализации деформации, а автоволна возбуждения - такой же фронт, но движущийся с постоянно уменьшающейся скоростью при снижающемся напряжении. Проявление той или другой автоволн определяется температурно-скоростными условиями деформирования. Существует интервал низких температур, когда независимо от скорости деформирования реализуется только автоволна переключения, а скорость деформационного фронта экспоненциально растет с ростом деформирующего напряжения. При повышенных температурах возможно формирование автоволны возбуждения, когда происходит скачкообразное движение деформационного фронта в моменты спада деформирующего напряжения. Скорость фронта в таких условиях зависит от напряжения линейно. Показано, что скорости деформационных фронтов всегда определяются скоростями локальных деформаций на их фронтах. Установлено, что автоволна переключения (неустойчивость θ-типа) контролируется термически активируемым движением дислокаций, а автоволна возбуждения (неустойчивость S-типа) - вязким (надбарьерным) движением.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - термопластичный высокоэффективный полимер, востребованный в биомедицине, судои машиностроении, производстве антропоморфных роботов и умных протезов. Высокоориентированные волокна на основе СВМПЭ обладают рекордной удельной прочностью и могут быть использованы для изготовления самоармированных полимерных композитов. Исследование эволюции при нагреве супрамолекулярной структуры СВМПЭ с помощью рентгеновского рассеяния позволяет прояснить механизмы, реализуемые при термомеханической деформации, в том числе при проявлении эффекта памяти формы. В данной работе лабораторная установка рентгеновского рассеяния XENOCS XEUSS 3.0 была использована для анализа наноструктуры в однонаправленном самоармированном полимерном композите на основе СВМПЭ. Были определены температурные зависимости радиуса инерции вращения и размерного фактора. Было определено, что значительные изменения этих параметров происходят в температурных диапазонах, соответствующих началу проявления эффекта памяти формы (снизу) и температуры плавления (сверху). Рассмотрена связь между анизотропной супрамолекулярной структурой материала и эволюцией двумерных диаграмм малоуглового рентгеновского рассеяния.
Издательство
- Издательство
- ИФПМ СО РАН
- Регион
- Россия, Томск
- Почтовый адрес
- 634055 г. Томск, пр. Академический, д. 2/4
- Юр. адрес
- 634055, Томская обл, г Томск, Академический пр-кт, д 2/4
- ФИО
- Колубаев Евгений Александрович (ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- root@ispms.tomsk.ru
- Контактный телефон
- +7 (382) 2491881
- Сайт
- http:/www.ispms.ru