Физика металлов и металловедение

АНАЛИЗ РАСТВОРИМОСТИ КАРБИДОВ, НИТРИДОВ И КАРБОНИТРИДОВ В СТАЛЯХ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ. I. ОПИСАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ. МЕТОД РАСЧЕТА

ПОПОВ В.В., ГОРБАЧЕВ И.И.

Сделан обзор современных подходов к описанию энергии Гиббса многокомпонентных фаз в металлических сплавах. Описано применение CALPHAD* метода для описания термодинамических свойств многокомпонентных фаз. Рассмотрены проблемы расчета фазовых равновесий в многофазных, многокомпонентных системах и способы их решения. Разработан метод расчета фазовых равновесий в таких системах. Этот метод положен в основу созданной программы для расчета фазовых равновесий в сплавах на основе железа, которая использовалась при анализе растворимости карбидов, нитридов и карбонитридов в сталях.

ДЕФОРМАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННОЕ РАСТВОРЕНИЕ ЦЕМЕНТИТА В НАНОКОМПОЗИТЕ A-FE + 60% FE 3C

ДОРОФЕЕВ Г.А., ЕЛСУКОВ Е.П., ЗАГАЙНОВ А.В., УЛЬЯНОВ А.И., АРСЕНТЬЕВА Н.Б.

Методами рентгеновской дифракции, мессбауэровской спектроскопии и магнитных измерений изучены фазовые превращения в высокоуглеродистом сплаве Fe + 15 ат. (3.7 мас.)% С при шаровом измельчении. Образцы для исследования в виде субмикрокристаллического перлита с содержанием цементита около 60 ат. % были получены механическим сплавлением порошков железа и графита с последующим отжигом при 500°С, 1 ч. При измельчении наблюдали растворение цементита, которое сопровождалось уменьшением зерна феррита до ~5 нм и насыщением его углеродом до ~1 ат. %. Большая часть избыточного углерода адсорбировалась в границах зерна и приграничной искаженной зоне, образуя аморфную фазу Am(Fe-C). При длительном (до 32 ч) измельчении скорость растворения цементита снижалась и возникало стационарное состояние, характеризуемое нанокомпозитом α-Fe + Am(Fe-C) + θ-Fe 3. Замедление скорости растворения цементита, как предполагается, связано со сменой механизма деформации в наноструктурном состоянии с дислокационного на сверхпластический (проскальзывание по границам нанозерен), при котором нет скользящих дислокаций и дальнейшее измельчение частиц цементита невозможно.

ОСОБЕННОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО СПЕКТРА НАНОЧАСТИЦ A-FE

КИСЛОВ А.Н., МАЗУРЕНКО В.Г.

На основе многочастичного потенциала межатомного взаимодействия проведены модельные расчеты атомной структуры и плотности колебательных состояний сферически-симметричных наночастиц α-Fe. Вычисление равновесной атомной конфигурации наночастицы выполнено в рамках статического подхода. Расчеты колебательных спектров проведены с использованием рекурсивного метода. Исследовано изменение формы локальной плотности колебательных состояний в позициях атомов, расположенных в разных местах наночастицы. Отмечается важная роль упругого искажения решетки при моделировании колебательных спектров наночастиц. Используемая в расчетах модель позволяет описать некоторые особенности плотности колебательных состояний нанозерен α-Fe и их вклад в формирование колебательного спектра нанокристаллического a-Fe.

ЭФФЕКТЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ МЕДИ, ТИТАНА И ЖЕЛЕЗА ПРИ НАГРУЖЕНИИ СХОДЯЩИМИСЯ УДАРНЫМИ ВОЛНАМИ

ХОМСКАЯ И.В., ЗЕЛЬДОВИЧ В.И., ЛИТВИНОВ Б.В., ПУРЫГИН Η.П.

Методами металлографии и дифракционной электронной микроскопии исследовали явления локализации деформации: возникновение трещин, образование пор, полос адиабатического сдвига, каналов локализованной деформации при нагружении цилиндрических образцов из бронзы, титанового сплава и стали сходящимися ударными волнами. При анализе структурных изменений в массивных дисках стали и титанового сплава, нагруженных сходящимися ударными волнами по осесимметричной схеме, показана существенная разница в деформационном поведении стали и титанового сплава. В стальном диске преобладают откольные явления. В диске из титанового сплава образуются полосы адиабатического сдвига, по которым начинается разрушение. Анализ структурных преобразований позволил предложить схему течений при локализованной деформации, включающей три типа течения: сдвиговое, струйное (кумулятивное) и вихревое (турбулентное).

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ (КРУЧЕНИЕ + ПРОКАТКА) И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОМ ОТЖИГЕ

ГУБЕРНАТОРОВ В.В., ВЛАДИМИРОВ Л.Р., СЫЧЕВА Т.С., ПИЛЮГИН В.П., СОКОЛОВ Б.К., МАРТЕМЬЯНОВ А.Н., МАТВЕЕВА В.С.

Исследовано влияние предварительной деформации кручением на формирование структуры в сплаве Fe-3 мас. % Si и армко-железе при последующих холодной прокатке и отжиге.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ У8 ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ. I. РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

ЯКОВЛЕВА И.Л., КАРЬКИНА Л.Е., ХЛЕБНИКОВА Ю.В., СЧАСТЛИВЦЕВ В.М., УРЦЕВ В.Н., МОРОЗОВ С.А., ДЕГТЯРЕВ В.Н.

Исследован фазовый состав и механические свойства углеродистой эвтектоидной стали У8 после горячей деформации кручением в интервале температур 650-900°С. Показано, что для образцов, деформированных выше температуры фазового перехода (900-750°С), образование смешанной перлито-мартенситной или полностью перлитной структуры определяется временем последеформационной изотермической выдержки при 650°С. Для образцов, деформированных в межкритическом интервале температур (700-650°С), образование смешанной перлито-мартенситной структуры определяется суммарным временем деформирования и последующей выдержки при 650°С. В двухфазных образцах обьемная доля перлитной составляющей в структуре увеличивается от центра к периферии образца. Впервые обнаружено, что с ростом степени предварительной деформации ε характер разрушения образцов с полностью перлитной структурой меняется от вязкого в центральной части, где ε = 0, к хрупкому на периферии, где ε = max.

СТРУКТУРА И АБРАЗИВНАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЗАКАЛЕННЫХ И ОТПУЩЕННЫХ ЗАЭВТЕКТОИДНЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

МАКАРОВ А.В., КОРШУНОВ Л.Г., СЧАСТЛИВЦЕВ В.М., СОЛОДОВА И.Л., ЯКОВЛЕВА И.Л.

Исследованы закономерности изнашивания при скольжении по закрепленному абразиву высокоуглеродистых (0.83-1.84 мас. % С) сталей, подвергнутых закалке в воде (790-1200°С), обработке холодом (-196°C) и отпуску (75-700°С). Установлено влияние остаточного аустенита и концентрации углерода в мартенсите на сопротивление разрушению сталей в условиях микрорезания (изнашивание по корунду) и пластического оттеснения (изнашивание по кремню). При реализации механизма пластического оттеснения в значительно большей степени проявляется отрицательная роль повышенной хрупкости высокоуглеродистого (более 1% С) мартенсита. Присутствие в закаленных заэвтектоидных сталях 60-70 об. % остаточного аустенита может оказывать на износостойкость как положительное (в условиях микрорезания), так и отрицательное (в условиях пластического оттеснения) воздействие. Выявлено положительное влияние метастабильного остаточного аустенита на сопротивление изнашиванию сталей, подвергнутых закалке и низкому отпуску. Рассмотрено влияние на абразивную износостойкость первичного избыточного цементита (в количестве до 11 мас. %), графитных включений, размера зерна, а также степени коагуляции и обьемной доли карбидов отпуска. Электронно-микроскопическим, рентгеновским и металлографическим методами изучены структурные изменения в сталях при изнашивании.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ГОМОГЕНИЗАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА AL-MG

КАЙГОРОДОВА Л.И., ЗАМЯТИН В.М., ПОПОВ В.И.

С помощью метода электронной микроскопии изучено структурное состояние сплава 5083 системы Al-Mg после гомогенизационного отжига по различным режимам. Идентифицированы интерметаллиды кристаллизационного происхождения и установлены особенности трансформации их формы и состава при изменении режима отжига. Выявлена взаимосвязь между структурой гомогенизированного сплава и характером его зеренной структуры, формирующейся в процессе динамической рекристаллизации при последующей горячей деформации. Определены структурные параметры, ответственные за повышение механических свойств деформированного сплава.

ДВОЙНИКОВАНИЕ В МОНОКРИСТАЛЛАХ A-ТИТАНА РАЗНОЙ ЧИСТОТЫ

КУРМАЕВА Л.Д., АКШЕНЦЕВ Ю.Н., ЕЛКИНА О.А., САЗОНОВА В.А.

Исследована микроструктура, формирующаяся в монокристаллах титана разной чистоты под влиянием слабых деформирующих воздействий, обусловленных фазовым β → α-превращением и термическими напряжениями, сопутствующими росту монокристалла α-модификации в стационарном режиме. Показано, что интенсивность процесса двойникования, наблюдаемого на плоскости с ориентацией (0001) монокристальных образцов, полученных методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки, имеет прямую зависимость от содержания примесей внедрения в титане.

НАВЕДЕННАЯ МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ И СТРУКТУРА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА FECUNBB

КЛЕЙНЕРМАН Н.М., СЕРИКОВ В.В., ЛУКШИНА В.А., ПОТАПОВ А.П., ВОЛКОВА Е.Г.

Изучены особенности формирования нанокристаллической структуры и наведения магнитной анизотропии в сплаве FeCuNbB в процессе различных термических и термомеханических обработок. Показаны основные отличия этого сплава от сплава FeCuNbBSi в динамике процесса расслоения исходного аморфного состояния, конечных фазовых компонентах и величине и знаке наведенной магнитной анизотропии.

МЕЖСЛОЕВАЯ ОБМЕННАЯ СВЯЗЬ СO/СU/СO ПЛЕНОК

САМАРДАК А.С., ХАРИТОНСКИЙ П.В., ВОРОБЬЕВ Ю.Д., ЧЕБОТКЕВИЧ Л.А.

Исследованы поликристаллические, ультрадисперсные пленки Co/Cu/Co, полученные магнетронным распылением. Изучено поведение билинейной и биквадратичной компонент косвенной обменной энергии при термической обработке пленок. Установлено влияние структурных изменений (размера зерен, периода и амплитуды шероховатостей, образования магнитных мостиков в немагнитной прослойке) на поведение компонент косвенной обменной связи и на величину магниторезистивного отношения.

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ОБРАБОТОК НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ И МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ОБРАЗЦОВ ИНВАРНОГО СПЛАВА H30K10T3

УВАРОВ А.И., КАЗАНЦЕВ В.А., АНУФРИЕВА Е.И., ВАСЕЧКИНА Т.П.

В инваре Н30К10Т3 проведено исследование влияния распада пересыщенного твердого раствора и мартенситного превращения на температурный коэффициент линейного расширения β. Закаленный инвар (1150°С, 2 ч, охлаждение в воде) представляет собой аустенитный сплав (γ-фазу) с незначительным количеством дисперсных интерметаллидов (γ'-фазы) и изотермического мартенсита, который образовался в закаленном материале при комнатной температуре. Показано, что распад пересыщенного твердого раствора (γ-фазы) повышает исходное (при 20°С) численное значение β, которое увеличивается с ростом температуры старения. При этом температура Кюри понижается. Установлено, что при температуре вблизи T ≈ 560°C наблюдается резкое снижение β, что обьясняется протеканием обратного превращения изотермического мартенсита, выделившегося при закалке материала, в аустенит. В состаренных при температуре T c ≥ 700°C образцах после охлаждения их до 20°С появляется атермический мартенсит старения (а с-фаза). Появление а с-фазы обусловлено повышением в результате старения мартенситной точки выше комнатной температуры. В образцах, содержащих а с-фазу, наблюдается уменьшение β в температурном интервале от 350 до 600°С с минимумом при 500°С, что обусловлено обратным а с → γ ф превращением. При охлаждении закаленных образцов в жидком азоте в них образуется атермический мартенсит (α-фаза). Кристаллы а-фазы вблизи T = 160°C превращаются в фазонаклепанный аустенит (а → γ ф), что вызывает сильное снижение β. Появление в структуре закаленного сплава мартенсита старения существенно изменяет температурные зависимости как магнитного момента образцов M(T), так и dM/dT(T), измеренные в слабом переменном магнитном поле.

АТОМНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ СПЕЦИАЛЬНЫХ ГРАНИЦ НАКЛОНА В НИКЕЛЕ

НАЗАРОВ А.А., ШЕНДЕРОВА О.А., БРЕННЕР Д.У.

С помощью компьютерного моделирования методом погруженного атома исследована атомная структура трикристалла, содержащего тройной стык специальных границ наклона [001] Σ = 5 (310) — Σ = 5 (310) - Σ = 25 (430), в никеле. На основе построения контура Бюргерса показано, что в этом стыке имеется геометрически необходимая дислокация с переменным вектором Бюргерса, зависящим от положения линии стыка в плоскости границы Σ = 25. Показано, что существование этой дислокации связано с зависимостью энергии границ от состояния жесткого смещения зерен и, по-видимому, характерно только для стыков специальных границ. Атомное компьютерное моделирование, расчет зависимости энергии стыка от радиуса “образца” и построение карт напряжений доказывают существование этих дислокаций. Упругая энергия стыковых дислокаций оказывается значительно ниже энергии, предсказываемой по формулам анизотропной теории упругости для дислокаций, что позволяет говорить об эффективных упругих моделях трикристалла, значительно меньших упругих модулей монокристалла.