Физика металлов и металловедение

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ГИСТЕРЕЗИС ДАВИДЕНКОВА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПИЛООБРАЗНЫХ ВОЛН В ПОЛИКРИСТАЛЛАХ С НАСЫЩЕНИЕМ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ПОТЕРЬ

НАЗАРОВ В.Е., КИЯШКО С.Б.

Для описания насыщения эффектов амплитудно-зависимого внутреннего трения в поликристаллических металлах и других твердых телах с несовершенной упругостью предложено модифицированное гистерезисное уравнение состояния Давиденкова. В рамках этого уравнения получено точное аналитическое решение задачи о распространении периодической пилообразной волны в средах с квадратичным гистерезисом с насыщением нелинейных потерь. Определены закономерности для характеристик пилообразной волны: нелинейных потерь и изменения скорости распространения волны, а также для амплитуд ее высших гармоник. Проведен графический анализ эволюции формы волны и ее спектральных составляющих.

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ ГАДФИЛЬДА ПРИ ФРИКЦИОННОМ НАГРУЖЕНИИ В СРЕДЕ ЖИДКОГО АЗОТА

КОРШУНОВ Л.Г., САГАРАДЗЕ В.В., ЧЕРНЕНКО Н.Л.

Металлографическим, электронно-микроскопическим и рентгеновским методами анализа исследованы структурные превращения, происходящие в стали 110Г13 (Гадфильда) при трении скольжения в среде жидкого азота (–196°С). Фрикционное воздействие реализовывали посредством возвратно-поступательного скольжения цилиндрического индентора из закаленной стали 110Г13 по пластине из исследуемой стали. Одноименная пара трения была погружена в ванну с жидким азотом. Показано, что закаленная от 1100°С сталь Гадфильда в данных температурных условиях фрикционного нагружения сохраняет полностью аустенитную структуру. Фрикционное воздействие формирует в поверхностном слое толщиной до 10 мкм нанокристаллическую структуру с размером аустенитных кристаллов 10–50 нм и твердостью 6 ГПа. Отпуск стали при 400°С (3 ч) и 600°С (5 мин и 5 ч) вызывает при последующем низкотемпературном трении образование в стали большого количества (десятки объемных %) ε (ГПУ)-мартенсита. Предполагается, что возникновение данной фазы при трении является следствием снижения ЭДУ стали Гадфильда, которое достигается за счет совместного действия следующих факторов: низкотемпературного охлаждения, уменьшения содержания углерода в аустените при отпуске и наличия высоких сжимающих напряжений в зоне фрикционного контакта.

РАЗМЕРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОКЛАСТЕРОВ С ПОЗИЦИЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ

САМСОНОВ В.М., ВАСИЛЬЕВ С.А., БЕМБЕЛЬ А.Г.

Обобщенная формула Томсона = для температуры плавления малого объекта проанализирована с точки зрения термодинамической теории подобия (R – радиус частицы, – температура плавления соответствующего объемного кристалла). Согласно данной формуле, параметр δ отвечает значению радиуса частицы, полученному линейной экстраполяцией зависимости к температуре плавления частицы, равной 0 K. Показано, что где α – фактор асферичности частицы (фактор формы). В свою очередь, переопределенная характерная длина выражается через межфазное натяжение на границе кристалла с собственным расплавом, удельный объем твердой фазы и макроскопическое значение теплоты плавления = Если от приведенного радиуса частицы перейти к переопределенному приведенному радиусу или ( – радиус первой координационной сферы, – эффективный атомный диаметр), то симплекс или будет выступать в роли определяющего критерия термодинамического подобия. При заданном значении α эту роль будет играть симплекс Проведены оценки параметров и для десяти металлов с различными типами решетки. Показано, что значения характерной длины близки к 1 нм, а симплекс близок к единице. В свою очередь расчетные значения параметра δ согласуются по порядку величины с имеющимися экспериментальными данными.

ЗАВИСИМОСТЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННОГО НИКЕЛИДА ТИТАНА ОТ РАЗМЕРА СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АУСТЕНИТА

ПОЛЯКОВА К.А., РЫКЛИНА Е.П., ПРОКОШКИН С.Д., ДУБИНСКИЙ С.М.

Исследовано влияние размера элементов смешанной структуры В2-аустенита, состоящей из наноразмерных зерен и субзерен полигонизованной субструктуры, на функциональные свойства сплава Ti–50.7 ат. % Ni, предварительно подвергнутого низкотемпературной термомеханической обработке (НТМО) и последеформационному отжигу (ПДО). Наведение эффекта памяти формы (ЭПФ) и обратимого ЭПФ (ОЭПФ) осуществляли по схеме изгиба. Получено максимальное для сплавов Ti–Ni значение обратимой деформации εr = 15.5 ± 0.5% после отжига при 600°С, 1 ч (рекристаллизованная структура) и после НТМО + ПДО 430°С, 10 ч (смесь нанокристаллической и наносубзеренной структур). Представлены закономерности изменения параметров ЭПФ и ОЭПФ в различных структурных состояниях. Проведено сравнительное исследование влияния температуры и времени выдержки при ПДО на формирование структуры и субструктуры В2-аустенита.

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ B4C НА СТРУКТУРУ И КОЭФФИЦИЕНТ ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ МЕТАЛЛОМАТРИЧНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СПЛАВА AL–5% CU

ПОЗДНЯКОВ А.В., ЛОТФИ А., КАДИР А., ЗОЛОТОРЕВСКИЙ В.С.

Методом механического замешивания получены МКМ на основе сплава Al–5% Cu, армированные частицами В4С среднего размера 5 мкм. Разработана технология введения частиц В4С в расплав. Получено однородное распределение армирующих частиц В4С в матрице МКМ. Методом рентгенофазового анализа установлено образование на межфазной границе матрица/частица фаз Al3BC и AlB2, что говорит о хорошем межфазном взаимодействии. С увеличением содержания В4С в матричном сплаве происходит незначительное повышение пористости от 1 до 3.1%. Средний линейный коэффициент термического расширения в интервале температур от 20 до 100°С снижается от 24.5 до 22.6 × 10–6 °С–1.

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ И ОТЖИГА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МАССИВНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА MGB2

ДЕГТЯРЕВ М.В., ПИЛЮГИН В.П., АКШЕНЦЕВ Ю.Н., КУЗНЕЦОВА Е.И., КРИНИЦИНА Т.П., БЛИНОВА Ю.В., СУДАРЕВА С.В., РОМАНОВ Е.П.

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, измерений сверхпроводящих характеристик и микротвердости исследован синтезированный сверхпроводник MgB2 после холодной деформации под высоким давлением в камере “Тороид” и наковальнях Бриджмена и последующего высокотемпературного отжига. После обработки давлением в сверхпроводнике формируется нанокристаллическая структура, но образуются микротрещины, критическая плотность тока сильно понижается. Отжиг приводит к некоторому укрупнению структуры и повышению критической плотности тока до 5.8–6.7 × 104 А/см2, что в три раза выше, чем в исходном состоянии.

ОСОБЕННОСТИ МАРТЕНСИТНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И ЭВОЛЮЦИЯ ДЕФЕКТНОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ В ПРОЦЕССЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ КРУЧЕНИЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

ЛИТОВЧЕНКО И.Ю., ТЮМЕНЦЕВ А.Н., АККУЗИН С.А., НАЙДЕН Е.П., КОРЗНИКОВ А.В.

Показано, что в метастабильной аустенитной стали Fe–18Cr–10Ni–Ti в условиях кручения под давлением реализуются локальные обратимые (прямые плюс обратные) (γ → α → γ)-мартенситные превращения, которые являются одним из механизмов формирования наноструктурных состояний. Повышение скорости кручения приводит к возрастанию температуры деформации, что способствует обратному (α → γ)-превращению. Эволюция структурно-фазовых состояний представлена последовательностью: 1) механическое двойникование; 2) зарождение мартенситных пластин в микродвойниковой структуре аустенита с формированием двухфазных (γ + α)-структур, пакетного α-мартенсита, структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки; 3) обратные (α → γ)-превращения; 4) фрагментация наноразмерных кристаллов формированием нанодвойниковой структуры в аустените и наноразмерной полосовой структуры ε‑мартенсита в α‑мартенсите.

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ СТАЦИОНАРНОГО РАСПУХАНИЯ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ ИЗ СТАЛИ ЧС68 ОТ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ

КОЗЛОВ А.В., ПОРТНЫХ И.А.

Выполнен расчет скорости стационарного распухания оболочек твэлов из стали 06Х16Н15М2Г2ТФР при их эксплуатации в реакторе БН-600. При этом использованы диффузионные характеристики точечных дефектов и результаты определения характеристик радиационной пористости, сформировавшейся в стали при облучении. Проведен анализ зависимости дозовой скорости стационарного распухания от характеристик нейтронного облучения. Установлено, что дозовая скорость распухания на стационарной стадии не зависит от энергии миграции вакансий и скорости генерации атомных смещений.

СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ, МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХЛАДОСТОЙКОСТЬ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ

КОЗВОНИН В.А., ШАЦОВ А.А., РЯПОСОВ И.В., ЗАКИРОВА М.Г., ГЕНЕРАЛОВА К.Н.

Изучены отпускоустойчивые низкоуглеродистые стали системы Cr–Mn–Ni–Мо–V–Nb с содержанием углерода 0.15 и 0.27 мас. %. Показано, что при закалке возможно образование различных морфологических типов α-фазы. Исследованные стали имели стабильную структуру при нагреве ниже критических точек и сохраняли реечное строение в межкритическом интервале температур. Определены особенности структурно-фазовых превращений и зависимость механических свойств от температур отпуска.

ДИНАМИЧЕСКОЕ СТАРЕНИЕ В СПЛАВЕ FE–NI–AL ПРИ МЕГАПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ

ШАБАШОВ В.А., САГАРАДЗЕ В.В., ЗАМАТОВСКИЙ А.Е., ПИЛЮГИН В.П., КОЗЛОВ К.А., ЛИТВИНОВ А.В., КАТАЕВА Н.В.

Методом мёссбауэровской спектроскопии исследовано влияние температуры и скорости мегапластической деформации на фазовые переходы “растворение–выделение” интерметаллидов в стареющем аустенитном сплаве Fe–36Ni–9Al. Установлено, что при деформации во вращающихся наковальнях Бриджмэна в интервале температур от криогенных (жидкий азот) до 573 K происходит смена направления фазовых переходов от атомного разупорядочения и растворения интерметаллидов к их дополнительному ускоренному выделению. Процессом, влияющим на кинетику “растворения-выделения” интерметаллидов в металлической матрице, является динамическое старение. Динамическое старение активизируется при увеличении температуры и снижении скорости деформации.

К ТЕОРИИ ОСТВАЛЬДОВСКОГО СОЗРЕВАНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ

ИВАНСКИЙ Б.В., ВЕНГРЕНОВИЧ Р.Д.

Изучен механизм роста (растворения) наночастиц, контролируемый одновременно матричной диффузией, диффузией вдоль дислокаций и скоростью перехода атомов через межфазную границу (скоростью образования межатомных связей), в сплавах металлических систем CuNiAl и AlLi, на стадии оствальдовского созревания. Получено выражение для функции распределения наночастиц по размерам, в основе расчета которой находится зависимость скорости роста от трех потоков – диффузионного дислокационного и кинетического Сравнение экспериментальных гистограмм с теоретически расчитанными кривыми указывает на их хорошее совпадение, что может свидетельствовать о возможности реализации на практике предложенного механизма роста наночастиц в сплавах металлических систем.

STUDY OF THE FEASIBILITY OF PRODUCING AL–NI INTERMETALLIC COMPOUNDS BY MECHANICAL ALLOYING

KAHTAN S. MOHAMMED , ISKAK SITI NADIRA

Mechanical alloying (MA) was employed to synthesize Al–Zn–Mg–Cu alloys of high weight percentage of the nickel component from the elemental powders of constituents via high-energy ball milling. The mixed powders underwent 15 h of milling time at 350 rpm speed and 10 : 1 balls/powder weight ratio. The samples were cold-compacted and sintered thereafter. The sintered compacts underwent homogenization treatments at various temperatures conditions and were aged at 120°C for 24 h (T6). The milled powders and heat-treated Al alloy products were characterized via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS). The crystallite sizes and microstrains of the alloyed powder were estimated via measuring the broadening of XRD peaks using the Williamson–Hall equation. The results have ‎revealed that optimum MA time of 15 h has led to the formation of Al-based solid solutions of Zn, Mg, Cu, ‎and Ni. The outcomes showed that ‎the Vickers hardness of the sintered Al–Zn–Mg–Cu compacts of Ni alloys was enhanced following aging at ‎T6 tempering treatments. Higher compression strength of Al-alloys with the addition of 15% nickel ‎was obtained next to the aging treatment. ‎

СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ НАПЫЛЕННЫХ ПЛЕНОК СИСТЕМЫ ТАНТАЛ–УГЛЕРОД

ТУЛЕУШЕВ Ю.Ж., ВОЛОДИН В.Н., ЖАКАНБАЕВ Е.А., АЛИМЖАН Б.

Ионно-плазменным распылением и соосаждением ультрадисперсных частиц тантала и углерода получены образцы покрытий в интервале концентраций 4.6 –71.5 ат. % С. Исследованием структуры установлено существование твердых растворов углерода в β-тантале до концентрации 4.6 ат. % С, твердых растворов углерода в α-тантале при 4.6–10.3 ат. % С и непосредственный синтез ТаC при содержании 44.7–71.5 ат. % С. При термообработке до 700°С отмечено значительное расширение по концентрации областей существования Та2C и ТаC. Определены параметры гексагональной решетки Та2C и ГЦК-решетки ТаC при концентрациях существования фаз и нагреве до 700°С. При нагреве выше 600°С установлен постепенный переход квазиаморфного карбида Та2С в окристаллизованную фазу этого карбида. Отмечена возможность применения прямого синтеза карбида тантала ТаС в машиностроении.