Физика металлов и металловедение

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ В АМОРФНОМ СПЛАВЕ TI50NI25CU25 ПРИ ИНТЕНСИВНОМ МЕХАНОТЕРМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И РАЗМЕРНЫЙ ЭФФЕКТ ТЕРМОУПРУГОГО МАРТЕНСИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ B2 B19

ПУШИН В.Г., КУРАНОВА Н.Н., ПУШИН А.В., ВАЛИЕВ Э.З., КОУРОВ Н.И., ТЕПЛЫХ А.Е., УКСУСНИКОВ А.Н.

Представлены результаты сравнительных исследований структуры сплава Ti50Ni25Cu25, полученного в исходном аморфном состоянии методом быстрой закалки из расплава (БЗР), после интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением (КВД) и последующей термической обработки (ПТО). Изучение выполняли методами нейтронной и рентгеновской дифрактометрии, просвечивающей и растровой электронной микроскопии, измерений электрических свойств. Установлено, что в результате кручения под давлением 7 ГПа на 0.5 оборотов (об.) в исходно аморфном сплаве происходит нанокристаллизация, а затем после 1, 5, 10 и 15 об. сплав вновь испытывает уже деформационно индуцированную аморфизацию при сохранении даже после 5–15 об. большого количества чрезвычайно дисперсных нанокристаллов с искаженной В2-решеткой размером менее 3–4 нм в аморфной матрице. Их определяющая роль в качестве зародышей обеспечивает тотальный процесс низкотемпературной нанокристаллизации при последующем отжиге, начиная от (250–300)°С. Показано, что ПТО аморфизированного при КВД сплава позволяет сформировать в нем высокооднородные нано-(НК), субмикрокристаллические (СМК) или бимодальные (НК + СМК) структуры В2-аустенита. Построена полная диаграмма термоупругих мартенситных превращений в области состояний В2-аустенита от наноструктурных до обычного поликристаллического. Установлен размерный эффект стабилизации мартенситного превращения в нанокристаллическом В2-сплаве.

ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И СТРОЕНИЯ ВИХРЕВЫХ ЗОН, ФОРМИРУЕМЫХ ПРИ СВАРКЕ ВЗРЫВОМ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

БАТАЕВ И.А., БАТАЕВ А.А., МАЛИ В.И., БУРОВ В.Г., ПРИХОДЬКО Е.А.

Приведены результаты исследования вихревых зон, формируемых при сварке взрывом тонколистовых пластин из стали 20. Методами структурного анализа выявлены особенности строения вихрей и прилегающих к ним зон деформированного металла. Показано, что центральные области вихрей, характеризующиеся повышенным содержанием углерода, в процессе взрывного нагружения находились в расплавленном состоянии. Микротвердость вихревых зон достигает 5700 МПа. Характер расположения ферритных зерен и микрообъемов мартенсита в периферийных участках вихрей обусловлен интенсивным вращением материала. Интенсивное перемешивание материалов в различных агрегатных состояниях в зонах вихрей является одной из причин образования раковин, объем которых превышает значение объемной усадки, имеющей место при литье углеродистых сталей. Установлено, что следы вихревых зон сохраняются даже после часового отжига сварных пакетов при 800°С.

ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОТ СТЕХИОМЕТРИЧСКОГО НА СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И СВОЙСТВА БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ СПЛАВОВ TI50 + XNI25 - XCU25

ПУШИН А.В., ПОПОВ А.А., ПУШИН В.Г.

Методами рентгеноструктурного анализа, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии и дифракции электронов изучены фазовый состав и структура сплавов состава, близкого к стехиометрическому Ti50Ni25Cu25. Исследуемые сплавы квазибинарного разреза TiNi-TiCu, обладающие в исходном литом состоянии термоупругими мартенситными превращениями В2 В19 и обусловленными ими эффектами памяти формы, получены методом быстрой закалки расплава спиннингованием струи. Химический состав сплавов Ti50 + xNi25 - xCu25 варьировали по титану и никелю: х ±1 (от Ti49Ni26Cu25 до Ti51Ni24Cu25). Показано, что быстрая закалка из расплава со скоростью охлаждения 106 К/с обеспечивает аморфизацию всех исследованных сплавов. Нагрев до 723 К и выше приводит к их расстекловыванию с образованием поликристаллической структуры В2-аустенита. Измерены механические свойства данных сплавов в исходном аморфном состоянии, а также после дальнейшей термической обработки. Установлено, что в зависимости от отклонения состава сплавов от стехиометрического, приводящего к распаду в процессе нанокристаллизации при термообработке, закономерно изменяются их механические свойства и эффекты памяти формы. Методом установления температурных зависимостей электросопротивления сплавов определены характеристические температуры начала и конца кристаллизации из аморфного и аморфно-нанокристаллического состояний, критические температуры начала и конца прямого и обратного термоупругих мартенситных переходов. Построена диаграмма зависимости последних от химического состава сплава.

СПИН-ЗАВИСИМЫЙ ТРАНСПОРТ В УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБКАХ С ПРИМЕСЬЮ ХРОМА

РЕПЕЦКИЙ С.П., ВЫШИВАНАЯ И.Г., ЧЕШКОВСКИЙ Д.К.

Выяснена природа спин-зависимого электронного транспорта углеродных нанотрубок с атомами хрома, адсорбированными на поверхности. Показано, что величина спин-зависимого транспорта связана с относительным смещением во внешнем магнитном поле энергетических уровней электронов (кулоновских щелей, которые возникают в области уровня Ферми) для разных проекций спина.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТИЦ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ФАЗЫ НА ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ ДВУМЕРНОГО ПОЛИКРИСТАЛЛА

БАИМОВА Ю.А., ДМИТРИЕВ С.В., НАЗАРОВ А.А.

Методом молекулярной динамики исследовано влияние частиц упрочняющей фазы на протекание пластической деформации в двумерном нанокристаллическом материале при заданных температуре, гидростатическом давлении и максимальном касательном напряжении. Рассмотрена деформация однофазного нанокристалла (материал 1), нанокристалла с частицами, размещенными по границам зерен и тройным стыкам и имеющими размеры атомов, на 10% больше (материал 2), на 10% меньше (материал 3), чем размер атомов матрицы, и равный ему (материал 4). Скорость деформации ползучести для материалов 1 и 2 оказалась примерно равной, однако механизмы их деформации различны. Наименьшая скорость ползучести наблюдалась для материала 4. Показано, что при наличии включений второй фазы, несмотря на малый размер зерна, заметный вклад в деформирование материала вносит движение дислокаций, в особенности это касается материала 2 с некогерентными частицами. Полученные представления о деформации модельных поликристаллов могут использоваться при выяснении механизмов дисперсионного упрочнения сплавов и эволюции структуры подобных материалов в ходе пластической деформации.

НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЕ NB КРУЧЕНИЕМ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ В ЖИДКОМ АЗОТЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ПОЛУЧЕННОЙ СТРУКТУРЫ

ПОПОВ В.В., ПОПОВА Е.Н., СТОЛБОВСКИЙ А.В., ПИЛЮГИН В.П., АРХИПОВА Н.К.

Методом просвечивающей электронной микроскопии изучена эволюция структуры ниобия при кручении под высоким давлением (КВД) в камере Бриджмена в жидком азоте и последующем отжиге в интервале 100–600°С. С ростом степени деформации структура измельчается в три стадии: дислокационная ячеистая структура, смешанная структура из ячеек и субзерен; субмикро- или нанокристаллическая зеренная структура. КВД на 3 об. и более при 80 К приводит к образованию в Nb нанокристаллической структуры со средним размером кристаллитов 75 нм и рекордно высокой микротвердостью 4800 МПа. Полученная структура стабильна при комнатной температуре, но обладает относительно низкой термической стабильностью: рекристаллизация начинается при более низких температурах, чем после обычной деформации или КВД при комнатной температуре.

ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СПЛАВЕ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ TI49.5NI50.5, ПОДВЕРГНУТОМ КРУЧЕНИЮ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ

ПУШИН В.Г., ВАЛИЕВ Р.З., ВАЛИЕВ Э.З., КОУРОВ Н.И., КУРАНОВА Н.Н., МАКАРОВ В.В., ПУШИН А.В., УКСУСНИКОВ А.Н.

Представлены результаты исследований структурно-фазовых превращений, происходящих в сплаве с эффектом памяти формы на основе никелида титана Ti49.5Ni50.5 при интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением (КВД). Исследования проведены методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, нейтронной и рентгеновской дифрактометрии, измерений температурной зависимости электросопротивления. Установлено, что под действием высокого давления в сплаве индуцируется мартенситное превращение В2 В19. После разгрузки давления мартенситная B19-фаза в сплаве сохраняется. Исследованы тонкая структура B19-мартенсита и ее эволюция при КВД на 1/4, 1/2, 1, 5 и 10 оборотов в нанокристаллическое, а затем и аморфизированное структурное состояние. Показано, что в сплаве после КВД за счет размерного бароэффекта все нанокристаллиты, размер которых меньше 30–50 нм, после снятия давления при комнатной температуре имеют B2-структуру и, следовательно, в сплаве реализуется обратное В19 В2 мартенситное превращение.

ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ ФОРМЫ И КОНФИГУРАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ НА МАГНИТНУЮ СТРУКТУРУ ФЕРРОМАГНИТНЫХ НАНОТОЧЕК

ИВАНОВ Ю.П., ИЛЬИН А.И., ПУСТОВАЛОВ Е.В., НЕФЕДОВ К.В., ЧЕБОТКЕВИЧ Л.А.

Исследованы процессы перемагничивания упорядоченных квадратных массивов наноточек с различной геометрией формы, связанных диполь-дипольным взаимодействием, сформированных сфокусированным пучком ионов Ga+ из сплошных поликристаллических пленок Со. Установлено, что магнитная структура при перемагничивании определяется в основном анизотропией формы наноточек. Круглые и квадратные наноточки перемагничиваются посредством магнитного вихря, в то время как прямоугольные демонстрируют конечный набор однодоменных магнитных состояний в зависимости от ориентации внешнего магнитного поля и оси легкого намагничивания. Показано, что конфигурационная анизотропия оказывает существенное влияние на величину поля переключения массивов круглых и квадратных наноточек, а также на распределение полей переключения в наносистеме прямоугольных точек при перемагничивании вдоль оси легкого намагничивания.

РОЛЬ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ В ФОРМИРОВАНИИ ВЫСОКОПРОЧНОГО СОСТОЯНИЯ В МАГНИТОТВЕРДЫХ СПЛАВАХ FE–CR–CO–W–GA

БЕЛОЗЕРОВ Е.В., ИВАНОВА Г.В., ЩЕГОЛЕВА Н.Н., СЕРИКОВ В.В., КЛЕЙНЕРМАН Н.М., ВЕРШИНИН А.В., ГАВИКО В.С., МУШНИКОВ Н.В.

Исследовано влияние пластической деформации, предшествующей низкотемпературному старению, на структурные факторы, приводящие к упрочнению сплавов Fe–15Cr–13Co–8W–0.5Ga и Fe–22Cr–15Co–9W–0.5Ga. Обсуждаются причины необходимости деформации разной степени для достижения высокопрочного состояния в сплавах с разным содержанием хрома и кобальта.

НАНОКОМПОЗИТЫ FE V FE3C, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕХАНОСИНТЕЗОМ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ИСХОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ

ЛОМАЕВА С.Ф., ЯЗОВСКИХ К.А., МАРАТКАНОВА А.Н., ВОЛКОВ В.А., УЛЬЯНОВ А.Л., ЕЛСУКОВ Е.П.

Методами рентгеновской дифракции, мессбауэровской спектроскопии, электронной и атомно-силовой микроскопии исследована последовательность структурно-фазовых превращений при механическом сплавлении, отжиге и компактировании системы железо–ванадий–углерод, полученной из смесей различного состава: порошков Fe (70 ат. %) и VC (30 ат. %); порошков чистых элементов Fe (70 ат. %), V (15 ат. %), графита (15 ат. %); порошков Fe (70 ат. %), V (15 ат. %), толуола. Показано, что во всех случаях конечным результатом механосплавления является формирование нанокомпозитных порошков со сложным фазовым составом – твердый раствор на основе -Fe, рентгеноаморфная фаза на основе карбидов, карбид VC. Отжиг и компактирование приводят к формированию нанокомпозита Fe VC Fe3C. Использование жидких органических сред в качестве источника углерода позволяет получать материалы с узким распределением зерен по размерам и равномерным распределением карбидных фаз, следствием чего являются высокие значения микротвердости – до 12 ГПа.

ИНДУЦИРОВАННЫЙ ВНЕШНИМ ПОЛЕМ МАГНИТНЫЙ ПЕРЕХОД “СОИЗМЕРИМАЯ–НЕСОИЗМЕРИМАЯ ФАЗЫ” В TBNI5

БОГДАНОВ С.Г., ГЕРАСИМОВ Е.Г., СКРЯБИН Ю.Н., ШЕРСТОБИТОВА Е.А., СИКОЛЕНКО В.Г., ШЕДЛЕР Р., ПИРОГОВ А.Н.

Проведены нейтронографические измерения на монокристалле TbNi5. Определены температурные и полевые зависимости интенсивностей Брэгговского отражения (001) и магнитных сателлитов (001)- и (001)+. В интервале температур (7–10) К происходят резкие изменения интенсивностей отражения (001) и сателлитов (001)- и (001)+. Сделан вывод, что эти изменения обусловлены существованием магнитного перехода из несоизмеримой структуры в lock-in структуру. Обнаружено, что при 11 К внешнее магнитное поле = 0.1 Тл, ориентированное вдоль оси [100], индуцирует такое же магнитное состояние кристалла как его охлаждение до 7 К в отсутствие поля. Во внешнем поле = 0.4 Тл происходит магнитный переход из несоизмеримой фазы с волновым вектором k = 2 /c(0, 0, 0.18) в соизмеримую ферромагнитную фазу с k = 0. Обнаружено, что в ферромагнитной фазе увеличение поля от 0.4 Тл до 0.6 Тл сопровождается ростом интенсивности ферромагнитного отражения (001) в 1.6 раза. Это указывает на наличие сильных флуктуаций намагниченности при 0.4 Тл.

ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕРНОГРАНИЧНЫХ СЕГРЕГАЦИЙ В СПЛАВЕ FE–CR–NI ПРИ СИЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОД ОБЛУЧЕНИЕМ

СТАРИКОВ С.А., КУЗНЕЦОВ А.Р., САГАРАДЗЕ В.В., ГОРНОСТЫРЕВ Ю.Н., ПЕЧЕНКИН В.А., СТЕПАНОВ И.А.

Сегрегация никеля на границах зерен (ГЗ) в сплаве Fe–Cr–Ni, стимулированная облучением (РИС) или пластической деформацией (ДИС) исследована в рамках модели, учитывающей рождение точечных дефектов, их взаимную рекомбинацию и поглощение на ГЗ. Показано, что при достаточно высокой скорости генерации точечных дефектов и в определенной области температур достижению стационарного состояния может предшествовать стадия “быстрой” сегрегации, на которой концентрация Ni на ГЗ достигает максимального значения. Такой режим образования сегрегаций может наблюдаться не только при облучении (режим “быстрой” РИС), но и в условиях интенсивной деформации (холодная прокатка, равноканальное угловое прессование); в последнем случае сегрегации наследуются после прекращения деформирования.