Физика металлов и металловедение

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕРРИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, ПОДВЕРГНУТОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКЕ С ДУГОЙ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ В РЕЖИМАХ ПЛАВЛЕНИЯ И ГЛУБОКОГО ПРОПЛАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА

ТАНДЖЮ ТЕКЕР

Плазменная сварка с дугой прямого действия (ПСПД) торцов заготовок из ферритной нержавеющей стали марки AISI 430 10-миллиметровой толщины была осуществлена в режимах плавления (РП) и глубокого проплавления (РГП) материала заготовки в месте контакта плазменной дуги, без дополнительного использования какой-либо сварочной проволоки и предварительной обработки. Сварка производилась при постоянных диаметре отверстия сопла плазмотрона (2.4 мм), скорости сварки (0.01 м/мин), скорости истечения защитного газа (25 л/мин) с подачей из вспомогательного источника, а также при двух различных (0.8 и 1.2 л/мин) скоростях истечения плазмообразующего газа, окружающего электрод, при трех различных значениях сварочного тока (80, 85 и 90 A) в РП-режиме и трех различных величинах тока (120, 125 и 130 A) плазменной дуги в РГП-режиме. Для установления изменений, произошедших в результате ПСПД-воздействия, микроструктура областей сварного шва была исследована методами растровой электронной микроскопии, оптической металлографии и рентгеноструктурного анализа. Для установления механических свойств были проведены измерения микротвердости и ударной вязкости сварных образцов. После испытаний на ударную вязкость, поверхность излома разрывных образцов была исследована методами растровой электронной микроскопии.

МЕТАЛЛОВЕДЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ И СТАЛЬНЫХ ПРЕДМЕТОВ, ОБНАРУЖЕННЫХ НА МЕСТЕ БЫВШЕГО КАМЕНСКОГО ВЕРХНЕГО ЗАВОДА

СЧАСТЛИВЦЕВ В.М., ГИЖЕВСКИЙ Б.А., НАУМОВ С.В., ХЛЕБНИКОВА Ю.В.

В данной статье продолжено металловедческое исследование ряда старинных изделий, произведенных на Урале в начале XVIII века, т.е. в период перехода от кустарного производства железа к заводскому. Представлены результаты исследований микроструктуры и химического состава изделий из железа и углеродистой стали Каменского железоделательного завода, обсуждены особенности их производства. Работа относится к области археометалловедения.

ВОДОРОД В НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ СОЕДИНЕНИИ YBA2CU3O6.96: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ КР-СПЕКТРОСКОПИИ

БОБЫЛЕВ И.Б., ПОНОСОВ Ю.С., ЗЮЗЕВА Н.А., ТЕРЕНТЬЕВ П.Б.

Взаимодействие YBa2Cu3O6.96 (123) с водородом при t = 150–200°C и влияние его на структуру исследовано методом Рамановской спектроскопии. Установлено, что при интеркалировании водорода в YBa2Cu3O6.96, как и при его гидратировании, происходит превращение 123 в тетрагональную фазу псевдо-124. При этом, как и при поглощении воды, в Рамановских спектрах YBa2Cu3O6.96 возникают нехарактерные для него антиферромагнитные флуктуации. После гидрирования 123 способен поглощать воду в нормальных условиях, а также кислород при температурах <300°C.

АМПЛИТУДНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЦИРКОНИЯ, СПЛАВОВ ZR–8% NB, ZR–20% NB

СКВОРЦОВ А.И., СКВОРЦОВ А.А.

Изучена амплитудная зависимость внутреннего трения (АЗВТ) циркония, сплавов Zr–8.1% Nb, Zr–20.2% Nb после различных режимов термической обработки. Выявлены составляющие АЗВТ, обусловленные процессами повышенного рассеяния энергии на границах двойников и на границах ω-β-фаз при механических колебаниях. Проанализировано влияние двойников, атермической и изотермической ω-фаз, дислокационной структуры на АЗВТ. Проведен сравнительный анализ исследованных материалов и их состояний по демпфирующей способности.

ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ЛИТОГО МАГНИЕВОГО СПЛАВА AZ31 В УСЛОВИЯХ ЭКСТРУЗИИ СО СДВИГОМ

ХУ Х.Ц., СУНЬ Ц.

Общепризнанным считается, что размер субзерен существенным образом сказывается на прочности и пластичности металлов. В целях оптимизации промышленного освоения технологии интенсивной пластической деформации (ИПД) в случае магниевых сплавов, в данной статье проведен анализ эффективности нового комбинированного метода экструдирования, в дальнейшем кратко именуемого нами экструзионно–сдвиговым (ЭС). Конструкционные детали аппаратного ЭС форм-блока были разработаны, изготовлены и установлены на промышленном варианте горизонтального экструдера. В ходе ЭС процесса была изучена эволюция микроструктуры и текстуры. Полученные результаты показали, что использование экструзионно-сдвиговой (ЭС) методики позволяет добиваться формирования мелкодисперсной и однородной структуры и может приводить к разнообразию возникающих в материале типов текстуры, способных ослаблять доминирующую (0002) составляющую итоговой текстуры. По результатам рентгеновской дифракции можно говорить о снижении интенсивности текстурного пика (0002), определяющего вклад в сформированную текстуру от ее базальной составляющей, а также о динамической рекристаллизации, непрерывно протекающей в ходе ЭС деформирования. Результаты нашего исследования свидетельствуют, что ЭС обработка сопровождается ИПД и повышением эффективности протекания рекристаллизации, а также измельчением зерна и снижением доминирующего вклада базальной составляющей текстуры.

ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННО-ИСКРОВОГО СПЕКАНИЯ

МУТХУЧАМИ А., КАРТХИКЕЙАН М., ТХАКУР АБХИДЖЕЕТ, НАГАРАДЖУ НИДХИ

Изучено влияние таких легирующих добавок к порошку карбонильного железа, как медь, углерод и молибден на уплотнение, эволюцию микроструктуры и механические свойства компактов, полученных методом плазменно-искрового спекания (ПИС). Температура спекания, давление прессования и продолжительность протекания процесса ПИС составляли 1120°C, 30 MПa и 5 мин. Было установлено, что среди всех исследованных авторами вариантов компонентного состава сплав Fe–2Cu–0.8C–0.6Mo обладает наивысшими значениями плотности, твердости и прочности на растяжение. Микроструктурные исследования поверхностей излома спеченных образцов показали, что для всех случаев состава была характерна смешенная мода разрушения.

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ГРАНИЦАМИ ЗЕРЕН И ОБРАЗОВАНИЕ СЕГРЕГАЦИЙ В СПЛАВАХ AL–MG И AL–ZN

ПЕТРИК М.В., КУЗНЕЦОВ А.Р., ЕНИКЕЕВ Н.А., ГОРНОСТЫРЕВ Ю.Н., ВАЛИЕВ Р.З.

Взаимодействие легирующих элементов с симметричной границей наклона Σ5{210}[001] в сплавах Al исследовано методами теории функционала электронной плотности. Показано, что механизмы взаимодействия Mg и Zn с границей зерна (ГЗ) в сплавах Al качественно различаются, что приводит к особенностям в морфологии зернограничных сегрегаций. В случае Mg доминирует деформационный механизм взаимодействия с ГЗ, что приводит к образованию относительно широких сегрегаций. В то же время в случае Zn основной вклад во взаимодействие с ГЗ дает электронный механизм, обусловленный образованием направленных химических связей. В результате атомам Zn оказывается энергетически выгодно занять позицию внедрения на ГЗ и располагаться вдоль тонкого слоя вблизи ГЗ. Полученные результаты объясняют качественные особенности морфологии сегрегаций на ГЗ, экспериментально наблюдавшихся в сплавах Al–Mg и Al–Zn.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПОГРУЖЕННОГО АТОМА В СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ МЕТАЛЛОВ

ЗУБКОВ В.В., ИСОЯН А.Л., ЗУБКОВА А.В.

С использованием метода погруженного атома получено выражение для энергии Гельмгольца металла в рамках классической теории возмущений. Предложено выражение для эффективной трехчастичной функции распределения, позволившее учесть эффективные трехчастичные взаимодействия в рамках классической статистической термодинамики. Рассчитаны температурные зависимости атомной плотности и внутренней энергии для меди и золота и на их основе проведен анализ эффективных потенциалов, полученных с помощью метода погруженного атома.

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СТАЛИ, ВЫПОЛНЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ

ТАБАТЧИКОВА Т.И., ЛЕПИХИН С.В., МОРОЗОВА А.Н., ГУДНЕВ Н.З.

Методами оптической металлографии и сканирующей электронной микроскопии, дополненной микрорентгеноспектральным анализом, исследована структура сварных соединений высокопрочной стали, выполненных с использованием гидроабразивной резки. Проведены испытания на одноосное растяжение и ударный изгиб с записью диаграмм нагружения на инструментированном копре. Установлено, что сварные соединения обладают удовлетворительной прочностью и ударной вязкостью. При фрактографическом исследовании поверхности излома разрывных и ударных образцов установлено, что выявленные дефекты не связаны с присутствием в металле шва и зоне термического влияния частиц песка-абразива.

СТРУКТУРА И НАНОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА AL–SI–FE, ПОЛУЧЕННОГО ПУТЕМ ПРОДУВАНИЯ РАСПЛАВА КИСЛОРОДОМ

ЧИКОВА О.А., ФИНКЕЛЬШТЕЙН А.Б., ШЕФЕР А.А.

Изучены микроструктура и наномеханические свойства сплава Al–7% Si–1% Fe в литом состоянии, полученного путем продувания кислорода через расплав. При продувании кислорода в жидком алюминиевом сплаве возникают наночастицы Al2O3, которые при последующем охлаждении и кристаллизации повышают прочность сплава. Средствами электронной и атомной силовой микроскопии (EDS- и EBSD-анализ) проведено металлографическое исследование микроструктуры сплава Al–7% Si–1% Fe. Методом наноиндентирования измерены нанотвердость и модуль Юнга α-Al в микрообъемах. Обнаружено существенное уменьшение случайного разброса значений модуля Юнга α-Al вследствие продувания расплава кислородом. Полученные результаты обсуждаются с позиций современных представлений о механизме упрочнения алюмоматричных композиционных материалов.

СТРУКТУРА ИНТЕРМЕТАЛЛИДА AL2AU, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ МЕХАНОСИНТЕЗА

ВОЛКОВА Е.Г., ВОЛКОВ А.Ю., АНТОНОВ Б.Д.

Методами рентгеноструктурного анализа, просвечивающей и растровой электронной микроскопии исследована структура интерметаллида Al2Au, механосинтезированного из наноразмерного порошка золота и частиц алюминия размером около 0.5 мм. Установлено, что интерметаллид формируется в виде порошка с размером частиц от 0.3 до 3 мкм. Кроме интерметаллида, в порошке обнаружено некоторое количество алюминия, отмечены следы золота и оксида алюминия Al2O3, зафиксировано появление аморфной фазы. Изучена микроструктура компактов, сформированных из полученного порошка, и проведены их термообработки. Выявлено, что компактирование и последующие отжиги способствуют агломерации частиц интерметаллида. Повышение температуры обработки до 600°С приводит к измельчению структурных элементов в результате их растрескивания в поверхностном слое. Темно-фиолетовые в исходном состоянии, компакты в результате отжигов приобретают цвет от розового до темно-красного. Кроме интерметаллида Al2Au, после термообработок в компактах зафиксировано присутствие Al2O3, а также интерметаллидных фаз, обогащенных золотом: AlAu и AlAu4.

ВЛИЯНИЕ АЛЮМИНИЯ НА СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА ПРИ ТРЕНИИИ

КОРШУНОВ Л.Г., ЧЕРНЕНКО Н.Л.

Рассмотрены структурные превращения и трибологические свойства углеродсодержащих высокомарганцовистых аустенитных сталей, легированных алюминием, испытанных в различных условиях сухого трения скольжения. В качестве методов структурного исследования сталей были использованы металлография, рентгеновский фазовый анализ и просвечивающая электронная микроскопия. Показано, что легирование исследуемых сталей алюминием в количестве около 1.2 мас. % значительно повышает их сопротивление абразивному, и особенно (до 20 раз), адгезионному изнашиванию. Предполагается, что наблюдаемый положительный эффект влияния алюминия на износостойкость аустенитных сталей обусловлен активизацией механизма планарного скольжения дислокаций, который в условиях ротационной наноструктурирующей деформации трением увеличивает дисперсность нанокристаллов и, соответственно, твердость поверхностного слоя сталей.

ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛИРОВАННОЙ ПРОСЛОЙКИ НА ЭФФЕКТ ОБМЕННОГО СМЕЩЕНИЯ В ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ FEMN

ГОРЬКОВЕНКО А.Н., ЛЕПАЛОВСКИЙ В.Н., ВАСЬКОВСКИЙ В.О.

Работа посвящена исследованию взаимодействия между слоями пермаллоя, разделенными гранулированной прослойкой Со–Al2O3. Непосредственным объектом исследования являются многослойные пленки Ta/FeNi/FeMn/FeNi/Co–Al2O3/FeNi/Ta, полученные методом магнетронного распыления. Толщина прослойки и концентрация металлической фазы в ней варьировались в диапазонах 0–8 нм и 0–40% соответственно. Установлена связь между концентрацией Сo в прослойке и критической толщиной прослойки, при превышении которой прилегающие к ней слои пермаллоя перемагничивались раздельно. Показано, что наличие прослойки оказывает значительное влияние на гистерезисные свойства пленочной структуры как при совместном, так и при раздельном перемагничивании слоев пермаллоя. Полученные данные могут быть полезны при решении задач целенаправленного регулирования коэрцитивной силы и поля обменного смещения в пленочных структурах с однонаправленной анизотропией.