Физика металлов и металловедение

КОМБИНИРОВАННОЕ ВЛИЯНИЕ СТАРЕНИЯ И ПАКЕТНОЙ ПРОКАТКИ (ARB) НА ЭВОЛЮЦИЮ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА AL–0.2 ВЕС. % ZR

АЗАД Б., СЕМНАНИ Х.М.

Статья посвящена изучению влияния процессов, инициируемых комбинированием старения (СТ) и пакетной прокатки (ПП), на эволюцию микроструктуры и механические свойства сплава Al–0.2 вес. % Zr. После обработки на твердый раствор (ОТР) и последующего старения при 350 и 450°C образцы были подвергнуты деформации на 80% методом ПП. Эволюцию микроструктуры изучали методами атомно-силовой микроскопии, а механические свойства образцов определяли при испытаниях на растяжение и при измерениях микротвердости по Виккерсу. Результаты свидетельствуют, что размеры зерен после 10 циклов ПП уменьшились до 0.4, 0.3 и 0.32 мкм в ОТР–ПП, 350°C-СТ–ПП и 450°C-СТ–ПП образцах соответственно. Данное исследование показало также, что комбинирование предварительного СТ и последующей ПП обладает значительным потенциалом в улучшении механических свойств сплава благодаря возникающим при старении выделениям. Изломы прокатанных образцов после их испытаний на растяжение изучали методами растровой электронной микроскопии. Результаты этих исследований показали, что в образцах, последовательно испытавших ОТР и ПП, хрупкое разрушение фиксировалось на стадии завершающих циклов ПП, а в СТ–ПП образцах на поверхностях разрушения обнаруживались фасетки скола (разрушения по плоскости кливажа) и ручьевидный узор.

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ β-ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПРИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

ШАБОЛДО О.П., ВИТОРСКИЙ Я.М., САГАРАДЗЕ В.В., ПЕЧЕРКИНА Н.Л., СКОТНИКОВА М.А.

Скоростная закалка β-титанового сплава от 800°C и холодная деформация волочением (ε = 24%) приводит к формированию ячеисто-полосовой структуры с размером ячеек 200 × 400 нм и высокой плотностью дислокаций (~5 × 1014 м–2). В процессе последующего старения при 450°С происходит распад β-фазы с гетерогенным выделением (на дислокациях) пластин α-фазы толщиной 10–30 нм и длиной 50–100 нм. Малые размеры и высокая плотность α-кристаллов (5 × 1021 м–3) обеспечивает существенное повышение прочностных характеристик сплава.

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОАЗОТИСТОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ, ДЕФОРМИРОВАННОЙ СДВИГОМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

МАКАРОВ А.В., ЛУЧКО С.Н., ШАБАШОВ В.А., ВОЛКОВА Е.Г., ОСИНЦЕВА А.Л., ЗАМАТОВСКИЙ А.Е., ЛИТВИНОВ А.В., САГАРАДЗЕ В.В.

Методами трансмиссионной электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, мёссбауэровской спектроскопии, микродюрометрии и микроиндентирования изучено влияние больших пластических деформаций, реализуемых методом сдвига под давлением в наковальнях Бриджмена, на структуру, фазовый состав и микромеханические свойства высокоазотистой (1.24 мас. % N) стали 08Х22ГА1.24. Сталь получена методом литья с противодавлением азота и подвергнута различным термическим обработкам (закалка от 1180°С, старение при 450 и 550°С), формирующим аустенитную (ГЦК) структуру металлической матрицы с нитридами хрома. Установлено, что деформация сдвигом под давлением при комнатной температуре приводит к диспергированию и частичному деформационному растворению первичных нитридов Cr2N в закаленной и состаренной стали, а также полному (после старения при 450°С) и частичному (после старения при 550°С) растворению вторичных нитридов CrN. Для состаренной стали, содержащей высокодисперсные вторичные нитриды хрома, при деформации сдвигом отмечено более интенсивное по сравнению с закаленным состоянием диспергирование структуры аустенита (вплоть до нано- и субмикрокристаллического состояний) и более эффективное повышение микротвердости и сопротивления упруго-пластическим деформациям при контактном нагружении.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ RCO2 С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ОБМЕННО-СТРИКЦИОННОЙ МОДЕЛИ ФЕРРИМАГНЕТИКОВ

ВАЛИЕВ Э.З., ТЕПЛЫХ А.Е.

Оригинальный вариант обменно-стрикционной модели использован для расчета ряда магнитных свойств ферримагнетиков RCo2, где R = Er, Ho, Dy, Tb, Gd редкоземельные ионы. Рассчитаны такие магнитные свойства как: зависимость точки Кюри (ТС) от давления, температурные зависимости намагниченности подрешеток кобальта и редкоземельных атомов, изотермы намагничивания этих подрешеток при Т > ТС. Для образца ErСо2 построена фазовая Н–Т-диаграмма и рассчитана намагниченность в магнитных полях: Н = 0–70 Тл. Проведено сравнение результатов расчета с экспериментом. На основе обменно-стрикционной модели дано качественное объяснение различия рода магнитного фазового перехода в интерметаллидах с R = Tb, Gd и R = Er, Ho и Dy.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИИ ВОДОРОДА В СТРУКТУРАХ TIHX

РОХМАНЕНКОВ А.С., КУКСИН А.Ю., ЯНИЛКИН А.В.

Проведены квантово-механические расчеты энергий образования пар Френкеля и барьеров миграции водорода по различным механизмам в гидриде титана δ-TiHx и α-фазе титана. С помощью разработанного (для молекулярно-динамического моделирования) потенциала взаимодействия проведены расчеты коэффициентов диффузии водорода в ГЦК- и ГПУ-решетках TiHx в зависимости от температуры. Проанализирована возможность аппроксимации коэффициентов самодиффузии водорода в рамках модели невзаимодействующих точечных дефектов. Для δ-TiHx выделена область концентраций и температур, где самодиффузия водорода становится жидкоподобной (перестает зависеть от концентрации водорода) и при переходе в которую имеет место резкий рост изохорической теплоемкости. Исследовано влияние дефектов в подрешетке Ti на коэффициент самодиффузии H.

ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ МАГНАЛИЕВ

КИЩИК А.А., МИХАЙЛОВСКАЯ А.В., ЛЕВЧЕНКО В.С., ПОРТНОЙ В.К.

Рассмотрены закономерности влияния содержания магния от 3 до 10% в сплавах системы Al–Mg–Mn(Cr) на характеристики микроструктуры листовых заготовок и их сверхпластичность. Показано, что наименьший размер зерна и наилучшие показатели сверхпластичности имеет сплав, содержащий около 7% магния, дополнительно легированный марганцем и хромом совместно. Увеличение содержания магния приводит к образованию конгломератов частиц хромомарганцовистой фазы и, в результате, к огрублению зеренной структуры и ухудшению показателей сверхпластичности.

МИКРОСТРУКТУРА β-ФАЗЫ БАББИТА SN11SB5.5CU

ВАЛЕЕВА А.Х., ВАЛЕЕВ И.Ш., ФАЗЛЫАХМЕТОВ Р.Ф.

Показано, что радиально-сдвиговая прокатка приводит к формированию в кристаллах β-фазы баббита Sn11Sb5.5Cu рекристаллизованной структуры. Причем с увеличением степени деформации (коэффициента вытяжки) образуются более мелкие зерна внутри кристалла β-фазы.

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СОСТАВ КАРБИДНЫХ ФАЗ, МАТРИЦЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ ХРОМОВАНАДИЕВОЙ СТАЛИ

ТИТОВ В.И., ТАРАСЕНКО Л.В., УТКИНА А.Н.

По результатам фазового физико-химического анализа (ФФХА) для высокоуглеродистой хромованадиевой стали установлен преобладающий тип карбида, обеспечивающий повышенную износостойкость, его количество и легированность мартенсита. Получены данные по составу и количеству карбидной фазы и химическому составу мартенсита высокоуглеродистой стали, что позволило определить пределы ее легирования. На плавках выбранного химического состава проведены механические испытания после закалки и низкого отпуска. Проведенные испытания показали преимущество новой стали перед цементуемыми по износостойкости, пределу прочности при изгибе с сохранением уровня предела выносливости. Установлена природа вторичного упрочнения стали при высоком отпуске. Применение высокого отпуска может быть применимо для тех деталей, от которых требуется одновременно и высокая износостойкость, и теплопрочность.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФУЛЛЕРЕНА C60 В МОДЕЛИ ХАББАРДА

СИЛАНТЬЕВ А.В.

В рамках модели Хаббарда в приближении среднего поля вычислены антикоммутаторные функции Грина и энергетический спектр фуллерена С60. На основе полученного энергетического спектра предложена интерпретация наблюдаемых экспериментально полос оптического поглощения и вычислены параметры этого фуллерена, которыми он характеризуется в рамках модели Хаббарда. Полученные результаты достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

ВЛИЯНИЕ ФОКУСИРОВКИ ФОНОНОВ НА КНУДСЕНОВСКОЕ ТЕЧЕНИЕ ФОНОННОГО ГАЗА В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОПРОВОДАХ ИЗ МАТЕРИАЛОВ СПИНТРОНИКИ

КУЛЕЕВ И.И., БАХАРЕВ С.М., КУЛЕЕВ И.Г., УСТИНОВ В.В.

Исследовано влияние анизотропии упругой энергии на фононный транспорт в монокристаллических нанопроводах из материалов Fe, Cu, MgO, InSb и GaAs, используемых для создания приборов и устройств спинтроники, в режиме кнудсеновского течения фононного газа. Предложен новый метод анализа фокусировки квазипоперечных мод, который позволил определить средние значения плотностей фононных состояний для областей фокусировки и дефокусировки медленных и быстрых квазипоперечных мод. Проанализировано влияние фокусировки фононов на анизотропию теплопроводности и длин свободного пробега фононов для всех акустических мод в спинтронных наноструктурах. Показано, что для всех нанопроводов угловые зависимости длин пробега быстрых и медленных поперечных мод в плоскостях {100} и {110} коррелируют с угловыми зависимостями плотностей фононных состояний для этих мод. Определены направления потока тепла, обеспечивающие максимальную и минимальную фононную теплопроводность в нанопроводах.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛИТЫХ И ЖИДКОЗАКАЛЕННЫХ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AL–CU–FE–NI–SI

БАШЕВ В.Ф., КУШНЕРЕВ А.И.

Исследовано влияние состава и скорости охлаждения расплава на микротвердость, фазовый состав и параметры тонкой структуры высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) системы Al–Cu–Fe–Ni–Si в литом и жидкозакаленном состоянии. Закалку из жидкого состояния (ЗЖС) проводили по известной методике splat-охлаждения. Оценка скорости охлаждения расплава составила ~106 К/с. Подбор компонентов исследованных ВЭС осуществляли, исходя из принятых в литературе критериев компоновки и оценки фазового состава ВЭС, основанных на вычислении энтропии и энтальпии смешивания, а также разницы атомных радиусов компонентов. При помощи рентгенофазового анализа установлено, что большинство изученных сплавов системы Al–Cu–Fe–Ni–Si представляют собой двухфазные ВЭС, в структуре которых присутствуют неупорядоченные твердые растворы с решетками типа ОЦК и ГЦК. В то же время сплав Al0.5CuFeNi является рентгеновски однофазным со структурой типа ГЦК. В литом состоянии изученные сплавы имеют дендритную структуру, в то время как в ЗЖС сплавах формируется однородная мелкозернистая структура. Установлено, что увеличение объемной доли твердого раствора ОЦК в структуре исследованных ВЭС приводит к возрастанию микротвердости; литые ВЭС системы Al–Cu–Fe–Ni–Si характеризуются повышенными значениями микротвердости по сравнению с ЗЖС сплавами, что, вероятно, обусловлено их более равновесным многофазным состоянием.

ДЕФОРМАЦИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ БИНАРНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ C СЕГРЕГАЦИЕЙ MG, CO И TI ПО ГРАНИЦАМ ЗЕРЕН

ZHOU K.

С помощью молекулярной динамики исследовано влияние температуры и легирующего элемента на деформацию нанокристаллических (НК) бинарных сплавов Al с сегрегацией по границам зерен 10.2 ат. % Ti, Co или Mg. Деформационное поведение материалов исследовано более детально с помощью моделирования сдвиговой деформации различных бикристаллов Al с зернограничной сегрегацией примесных атомов Ti, Co или Mg. Изучены механизмы деформации, действующие в бикристаллах с различной ориентацией зерен. Обнаружено, что введение Co по границам зерен НК Al оказывает упрочняющее действие из-за торможения миграции границ зерен (МГЗ) и затруднения зернограничного проскальзывания (ЗГП). Сегрегация Mg по границам сильно препятствует МГЗ, но способствует развитию ЗГП. В НК сплаве Al–Ti МГЗ происходит активно, а напряжения течения близки к значениям, характерным для чистого Al.