Физика металлов и металловедение

ВЛИЯНИЕ НАНОМОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧАЕМОГО ПРИ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКЕ

ЧЕРЕПАНОВ А.Н., ОРИШИЧ А.М., ОВЧАРЕНКО В.Е., МАЛИКОВ А.Г., ДРОЗДОВ В.О., ПШЕНИЧНИКОВ А.П.

Приведены результаты экспериментального исследования влияния наномодифицирующих добавок на структуру и механические свойства многослойного покрытия при лазерной наплавке композиционного порошка с упрочняющей фазой. В качестве наплавочного материала использовался порошок никелевого самофлюсующегося сплава системы Ni–Cr–B–Si–Fe с упрочняющей фазой из карбида вольфрама, а в качестве модифицирующей добавки – смесь наноразмерных тугоплавких порошков нитрида титана и оксида иттрия, плакированных железом и хромом. Установлено, что наплавленное покрытие представляет собой сложную систему фаз, образовавшихся в процессе плавления и взаимодействия химических элементов подложки и наплавляемой порошковой смеси. Основной составляющей покрытия является соединение никеля с железом и хромом вида Ni3(Fe,Cr). В процессе плавления происходит частичное растворение упрочняющей фазы, зависящее от концентрации наномодификатора. В рассмотренном случае оптимальное количество модифицирующей добавки, обеспечивающее максимальное повышение твердости и износостойкости композиционных покрытий системы Ni–Cr–B–Si–Fe/WC, составляет 0.1% по массе тугоплавких нанопорошков TiN + Y2O3 в композиционном материале.

ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОДЕЛИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕКЛА ЖЕЛЕЗА В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОГО РАСТЯЖЕНИЯ

КОСИЛОВ А.Т., ОЖЕРЕЛЬЕВ В.В., КАЛИНИН Р.Б.

На основе анализа квадратичных неаффинных смещений атомов изучены процессы зарождения и распространения полосы сдвига в модели металлического стекла железа в условиях одноосного растяжения. Проведен статистико-геометрический анализ эволюции атомной структуры на основе построения многогранников Вороного. Предложена модель зарождения и движения полосы сдвига, основанная на представлениях о формировании поля упругих напряжений, эквивалентного полю дислокации, локализованной в области максимального градиента концентрации локальных центров сдвиговых перестроек.

МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ И МЕХАНИЗМ МИКРОУПРОЧНЕНИЯ И РАЗУПРОЧНЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ НЕТЕКСТУРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

ЛЬЮ Ч., ХЕ А.Ж., ШАО ДЗ.

Поскольку при высоких температурах возможно протекание фазовых превращений, при горячей прокатке нетекстурированной электротехнической стали неизбежна обработка материала в многофазном состоянии. Из-за различия кристаллических решеток феррита и аустенита, при создании модели развития при прокатке таких процессов как упрочнение и разупрочнение материала и установлении механизма разупрочнения необходимо учитывать указанные фазовые превращения. Совместный эффект деформационного упрочнения и динамического разупрочнения обусловлен не только температурой, но и тесно связан с кристаллической структурой подвергаемого обработке материала. В настоящем исследовании, напряжение на установившейся стадии деформации выбирается в качестве параметра, дающего возможность на основании экспериментальных кривых “напряжение – деформация” и реальных условий прокатки приблизительно характеризовать сопротивление обрабатываемого материала деформированию. В основу модели развития процессов упрочнения–разупрочнения в ферритных и в аустенитных областях прокатываемого материала положено уравнение Аррениуса...Поскольку при высоких температурах возможно протекание фазовых превращений, при горячей прокатке нетекстурированной электротехнической стали неизбежна обработка материала в многофазном состоянии. Из-за различия кристаллических решеток феррита и аустенита, при создании модели развития при прокатке таких процессов как упрочнение и разупрочнение материала и установлении механизма разупрочнения необходимо учитывать указанные фазовые превращения. Совместный эффект деформационного упрочнения и динамического разупрочнения обусловлен не только температурой, но и тесно связан с кристаллической структурой подвергаемого обработке материала. В настоящем исследовании, напряжение на установившейся стадии деформации выбирается в качестве параметра, дающего возможность на основании экспериментальных кривых “напряжение – деформация” и реальных условий прокатки приблизительно характеризовать сопротивление обрабатываемого материала деформированию. В основу модели развития процессов упрочнения–разупрочнения в ферритных и в аустенитных областях прокатываемого материала положено уравнение Аррениуса. На основании металлографических исследований установлено, что доминирующим механизмом разупрочнения в аустенитных областях материала являлась динамическая рекристаллизация, а в ферритных областях – динамический возврат. Эти наблюдения позволили преодолеть отдельные трудности, обусловленные различием точек зрения ряда авторов по данному вопросу. В связи с этим на основании известного из дислокационной модели соотношения между величинами установившегося напряжения и скорости накопления дислокаций и их аннигиляции, было предложено ввести в теорию так называемый показатель отношения степеней упрочнения и разупрочнения, пропорционального квадрату значения установившегося напряжения течения. Этот параметр позволяет связать между собой макроскопическое установившееся напряжение течения и эволюцию дислокационной структуры на микроскопическом уровне, а также провести количественную оценку совместного влияния деформационного упрочнения и динамического разупрочнения в областях различного фазового состава.

ПОДВИЖНОСТЬ АНИОНОВ И ДИФФУЗИЯ КАТИОНОВ В БОРОГИДРИДАХ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

СОЛОНИНИН А.В.

Представлен широкий спектр экспериментальных исследований щелочных борогидридов МВН4 (М = Li, Na, K, Rb, Cs), комплексных гидридов с замещенными анионами Li(BH4)1 – yIy, LiLa(BH4)3Cl, Na2(BH4)(NH2) методом ядерного магнитного резонанса, спектроскопией квазиупругого рассеяния нейтронов и методом рентгеноструктурного анализа. Систематизированы значения энергий активации для реориентационного движения анионов в щелочных борогидридах, обсуждаются возможные конфигурации и типы прыжков групп ВН4. Показано, что энергия активации реориентаций групп ВН4 в щелочных борогидридах не изменяется монотонно при увеличении радиуса катиона. Замещение анионов галоидами и амидами в комплексных гидридах приводит к повышению частоты реориентаций анионов при низких температурах, изменению трансляционной диффузии катионов за счет изменения кристаллической структуры, появления вакансий в решетке и влияния эффекта “гребного колеса”. Продемонстрирована взаимосвязь между типом реориентации анионов, диффузией катионов и кристаллической структурой.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗБАВЛЕННЫХ СПЛАВОВ CUER МЕТОДОМ ЭПР

КУКОВИЦКИЙ Е.Ф., ЛЬВОВ С.Г.

Изучен спектр электронного парамагнитного резонанса иона Er3+ в матрице металлической меди при 9.8 ГГц в температурном диапазоне от 1.7 до 4.2 К. Спектр соответствует кристаллическому полю кубической симметрии при g = 6.805 ± 0.01, и это значение хорошо согласуется с ожидаемым значением для дублета Г7. Остаточная ширина линии ЭПР (T = 0 K) для четных изотопов эрбия составила только 4–5 Э. Температурные и концентрационные изменения ширины линии свидетельствуют о присутствии РККИ взаимодействия между ионами эрбия. Идентифицирована сверхтонкая структура (СТС) линии ЭПР для изотопа 167Er. Положениям отдельных СТС линий с точностью 1.5 Э соответствует константа A = 74.25 ± 0.1 Э. Повышение точности определения сверхтонкого расщепления ионов Er3+позволило выявить слабое обменное сужение СТС при увеличении концентрации эрбия в данных сплавах.

ЭВОЛЮЦИЯ ТЕКСТУРЫ И МИКРОСТРУКТУРЫ ДЕФОРМИРОВАННОЙ РАСТЯЖЕНИЕМ ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ НА РАННЕЙ СТАДИИ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Изучено поведение высокомарганцевой стали в ходе кратковременного отжига (120 и 300 с) при 750°C после предварительной деформации на 30 и 60% (определявшейся как отношение длины деформированного растяжением образца к его исходной длине). Для изучения эволюции (макро)текстуры и микроструктуры были использованы различные методы, в том числе рентгеновская дифракция и дифракция отраженных электронов (ДОЭ). ДОЭ-исследование показало, что зародыши γ–ε–α''-превращения формируются при деформации в двойниках деформации. Отжиг образца, деформированного на 30%, привел к почти полному обратному превращению мартенсита в аустенит, к появлению вновь деформационного двойникования, а также к частичной статической рекристаллизации с образованием слабой текстуры. Рекристаллизованные зерна формировались в недвойникованных областях исходного зерна. Более того, зарождение двойников отжига со слабой текстурой наблюдалось в областях материала с высоким значением средней разориентации в зерне. Мелкодисперсная зеренная структура со слабой текстурой (типов меди, S и Госса) сформировалась в результате отжига при 750°C в течение 300 с после предварительной деформации материала на 60%.

ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ИЗНАШИВАНИЯ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ С АРМИРУЮЩИМИ НАНОРАЗМЕРНЫМИ ПЛАСТИНАМИ ГРАФИТА

ЭЛЬ МЕНЬЯВВИ М.А.Х.

Композиты с алюминиевой матрицей, армированной 1–5 вес. % наноразмерного пластинчатого графита, были получены методами холодного прессования с последующим горячим экструдированием. Испытания на износостойкость проводились в разных условиях, а именно, при величине нормальной нагрузки 10, 20, 30, 40 и 50 Н, а также, при скорости возвратно-поступательного скольжения индентора по поверхности образца 0.2, 0.4 и 0.8 м/с. Было изучено, как влияет наноразмерный графит на структурные характеристики и механические свойства исследуемых композитов. Структура алюминиевой матрицы, а также дисперсность и пространственное распределение наноразмерного пластинчатого графита (НПГ) были изучены методами растровой электронной микроскопии. Полученные результаты показали, что включения НПГ были распределены однородно в алюминиевой матрице. Объемная доля НПГ включений существенным образом влияет на механические свойства композитов. Наибольшей твердостью обладал композит с 2.0 вес. % НПГ. Экспериментальные результаты показали, что при всех использованных нагрузках износостойкость композитов была выше в сравнении со случаем монолитной, неармированной алюминиевой матрицы.

РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ В АЛЮМИНИИ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРВИЧНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В КАСКАДАХ СМЕЩЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ

ВОСКОБОЙНИКОВ Р.Е.

Методом молекулярной динамики смоделированы каскады смещений, создаваемые первично выбитыми атомами (ПВА) с энергией EПВА = 5, 10, 15 и 20 кэВ на поверхности алюминия при температуре T = 100, 300 и 600 K. Для каждой пары параметров (ЕПВА, T) смоделирована серия из 48 каскадов, обеспечивающая репрезентативную статистическую выборку. Получено число пар Френкеля NFP, доля вакансий εvac и междоузлий εSIA в кластерах точечных дефектов, средний размер вакансионных 〈Nvac〉 и междоузельных 〈NSIA〉 кластеров, среднее число вакансионных 〈Yvac〉 и междоузельных 〈YSIA〉 кластеров на каскад и среднее время релаксации τc каскада как функция (ЕПВА, T). Уровень первичных повреждений, 〈εvac〉, 〈εSIA〉, 〈Nvac〉, 〈NSIA〉, 〈Yvac〉 и 〈YSIA〉 в поверхностных каскадах оказались выше, чем в каскадах смещений в объеме материала при тех же условиях моделирования. Исследована морфология поверхностных каскадов и пространственное разделение междоузлий и вакансий. Впервые в каскадах смещений в алюминии идентифицированы икосаэдрические междоузельные кластеры.

РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ В АЛЮМИНИИ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРВИЧНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В КАСКАДАХ СМЕЩЕНИЙ В ОБЪЕМЕ МАТЕРИАЛА

ВОСКОБОЙНИКОВ Р.Е.

Методом молекулярной динамики смоделированы каскады смещений, создаваемые первично выбитыми атомами (ПВА) с энергией EПВА = 5, 10, 15 и 20 кэВ в алюминии, находящемся при температуре T = 100, 300 и 600 K. Для каждой пары параметров (ЕПВА, T) смоделирована серия из 24 каскадов, обеспечивающая репрезентативную статистическую выборку. В результате проведенных исследований получено число пар Френкеля, доля вакансий εvac и междоузлий εSIA в кластерах точечных дефектов, средний размер вакансионных 〈Nvac〉 и междоузельных 〈NSIA〉 кластеров, среднее число вакансионных 〈Yvac〉 и междоузельных 〈YSIA〉 кластеров на каскад и среднее время релаксации τc каскада как функция (ЕПВА, T). Показано, что каскады смещений в алюминии распадаются на несколько субкаскадов, расположенных вдоль траектории ПВА. Именно с такой пространственной структурой каскадов связано отсутствие зависимости значений 〈εvac〉, 〈εSIA〉, 〈Nvac〉, 〈NSIA〉 и τc от энергии ПВА.

СТРУКТУРНО-ВАКАНСИОННАЯ МОДЕЛЬ ГРАНИЦ ЗЕРЕН

ВЕКМАН А.В., ДЕМЬЯНОВ Б.Ф.

Разработана структурно-вакансионная модель границ зерен наклона в металлах. Для построения стабильной структуры границы исходная конфигурация атомов выбирается в модели РСУ. Внесение дополнительных атомов и вакансий в область границы и смещение атомов под действием межатомных сил стабилизирует ее структуру. Критерием стабилизации структуры границы зерен является зернограничная энергия. Сравнение двух основных способов стабилизации структуры границ показало, что энергетически более выгодным является изменение количества атомов на границе, а не относительный сдвиг зерен. Проведено исследование устойчивости полученной структуры по отношению к напряжению сдвига. В рамках разработанной модели проведено сравнение атомных структур, полученных с использованием парного и многочастичного потенциала. Сравнительный анализ показал, что структура границы зерен не зависит от выбора потенциала – позиции атомов отличаются не более чем на 0.1 Å, что составляет 2.5% от параметра решетки. Атомная структура хорошо совпадает с экспериментальными изображениями границ зерен.

СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА TI–4% AL–1% V–3% MO

КОТОВ А.Д., МИХАЙЛОВСКАЯ А.В., МОСЛЕХ А.О., ПУРСЕЛО Т.П., ПРОСВИРЯКОВ А.С., ПОРТНОЙ В.К.

Исследована микроструктура и показатели сверхпластичности промышленных листов титанового сплава (Ti–4% Al–1% V–3% Mo) в интервале температур 750–900°С и скоростей деформации 1 × 10–5–1 × 10–2 с–1. Показано, что значения относительного удлинения более 700% и показатель скоростной чувствительности m > 0.4 обеспечивает температура деформации 875°С при скоростях 6 × 10–4–2 × 10–3 с–1. Показано, что при этих условиях деформации на начальной стадии происходит уменьшение размера зерен α и β фаз в 1.5–2 раза и наблюдается сильное разупрочнение на кривых деформации, данные эффекты объяснены действием динамической рекристаллизации. При увеличении степени деформации более 50% наблюдается стадия установившегося течения и слабый рост зерен α-фазы при сохранении размера зерна β-фазы. Рассчитанные значения эффективной энергии активации Q составили 194–237 кДж/моль, что позволяет предполагать, что сверхпластическое течение при исследованных температурно-скоростных условиях деформации контролируется зернограничной диффузией.

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ TI–TIC-ПОКРЫТИЙ ПЕРЕХОДНЫМИ И ВЕНТИЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА ИХ СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ЖЕВТУН И.Г., ГОРДИЕНКО П.С., КУЛЬЧИН Ю.Н., СУББОТИН Е.П., ЯРУСОВА С.Б., ГОЛУБ А.В.

Представлены результаты исследования механических свойств и структуры износостойких композитных покрытий на основе Ti–TiC, полученных на технически чистом титане путем электродуговой обработки в водном электролите, при введении в их состав переходных и вентильных металлов – Al, Ni и Cr, а также Si. Показано, что изменения механических свойств связаны с формированием мартенситной фазы на границе раздела титан–TiC вследствие закалочных явлений, сопровождающих процесс обработки.

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ И СКОРОСТИ СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И ДЕЙСТВУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ

ЯКОВЦЕВА О.А., МИХАЙЛОВСКАЯ А.В., КОТОВ А.Д., МАМЗУРИНА О.И., ПОРТНОЙ В.К.

Изучены показатели сверхпластичности сплава Al–7.6% Mg–0.6% Mn–0.25% Cr в интервале 490–520°С, определена оптимальная температура деформации. Проанализированы изменения зеренной структуры в объеме и на поверхности образцов во время сверхпластической деформации при температуре 510°С. По результатам анализа изменений структуры поверхности с предварительно нанесенными маркерными царапинами оценен вклад зернограничного скольжения в скоростном интервале сверхпластической деформации. Вклад зернограничного скольжения составляет 20–30% от общей деформации, вклад диффузионной ползучести уменьшается с 40 до 20% при увеличении скорости деформации на порядок с 1 × 10–3 до 1 × 10–2 с–1. Внутризеренная деформация локализуется в периферийных областях зерен и в области полосчатых зон.