Физика металлов и металловедение

АРХЕОМЕТАЛЛОВЕДЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУГУННЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПРОИЗВЕДЕННЫХ НА КАМЕНСКИХ ЗАВОДАХ В ПЕРВОЙ ЧЕТВЕРТИ XVIII ВЕКА

СЧАСТЛИВЦЕВ В.М., ГИЖЕВСКИЙ Б.А., ХЛЕБНИКОВА Ю.В., НАУМОВ С.В., ПАТРАКОВ Е.И.

Продолжено металловедческое исследование ряда старинных изделий, произведенных на Урале в начале XVIII в., т.е. в период перехода от сыродутного кустарного способа получения железа к доменному производству чугуна и двухстадийному процессу получения железа и стали. Представлены результаты исследований микроструктуры и химического состава чугунных изделий Каменского чугунолитейного и железоделательного завода, обсуждаются особенности их производства. Работа относится к области археометалловедения.

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ГРАДИЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В ДИСКЕ ИЗ ГРАНУЛЬНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА

ГАНЕЕВ А.А., ВАЛИТОВ В.А., УТЯШЕВ Ф.З., ИМАЕВ В.М.

На примере модельной заготовки из гранульного никелевого сплава ЭП741НП (EP741NP), имитирующей диск, продемонстрирована возможность получения градиентной структуры с помощью деформационно-термической обработки (ДТО). ДТО включала в себя основную деформационную обработку, обеспечившую развитие рекристаллизации и формирование мелкозернистой микроструктуры, термическую обработку в градиентном температурном поле, дополнительную деформационную и заключительную упрочняющую термическую обработку. В заготовке диска после ДТО была получена градиентная структура: структура типа “ожерелье” в периферийной части и мелкозернистая типа “микродуплекс” в центральной части заготовки диска. Оценка механических свойств образцов, вырезанных на разном расстоянии от оси симметрии заготовки диска, показала, что центральная часть диска обладает повышенной прочностью и пластичностью, а периферийная часть – повышенной жаропрочностью и ударной вязкостью. Полученные результаты свидетельствует о перспективности примененного подхода для достижения градиентной структуры и градиентных механических свойств в дисках из гранульных никелевых сплавов.

ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ AL–LI

НАЗАРОВ Ш., РОССИ С., БИСОН П., ПЕЗЗАТО Л., КАЛЛИАРИ И., ГАНИЕВ И.

Алюминиевые сплавы считаются одними из лучших конструкционных материалов для аэрокосмических применений, обеспечивая одновременно и малый вес, и прочность. В этой работе исследуются сплавы Al–Li с 6 мас. % Li. Для дальнейшего увеличения прочности материала рассматривается получение новых сплавов с добавлением различного количества (0.01, 0.05, 0.1 и 0.5 мас. %) редкоземельных элементов (Nd, Y, Ce, Pr). Микроструктура образцов исследуется с помощью сканирующего электронного микроскопа. Улучшение механических свойств демонстрируется с помощью испытаний на твердость по Виккерсу. Кроме того, оценивается коррозионная стойкость сплавов с помощью измерений потенциала разомкнутой цепи. Исследуются теплофизические свойства при нескольких температурах от 80 до 500°С. Результаты показывают, что увеличение содержания редкоземельных элементов (RE) приводит к улучшению механических свойств и снижению теплопроводности. Что касается коррозионной стойкости, то она демонстрирует максимум при содержании 0.05% RE.

ВЛИЯНИЕ НЕЙТРОННОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЙ НА СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ FE–12CR–2W–V–TA–B С РАЗЛИЧНЫМИ ИСХОДНЫМИ ТЕРМООБРАБОТКАМИ

АРБУЗОВ В.Л., ГОЩИЦКИЙ Б.Н., ДАНИЛОВ С.Е., КОЗЛОВ А.В., САГАРАДЗЕ В.В., ЧЕРНОВ В.М.

В результате комплексных исследований методами просвечивающей электронной микроскопии и резистометрии ферритно-мартенситной 12% хромистой малоактивируемой стали ЭК-181, обработанной по разным термическим режимам, получены данные об изменении ее свойств при облучении электронами и нейтронами, а также при пострадиационных отжигах. Показано что в районе температур облучения 300–340 К как при электронном, так и при нейтронном облучениях в стали ЭК-181 при всех термообработках осуществляется процесс радиационно-индуцированного расслоения твердого раствора. При изохронном отжиге в районе температур 300–500 К происходит дополнительное расслоение твердого раствора. После нейтронного облучения флюенсом (1–5) × 1019 см–2 обнаружены наноразмерные кластеры точечных дефектов. Их концентрация может достигать 5 × 1016 см–3, а размер от 1.5 до 5 нм. Термическая гомогенизация твердого раствора происходит выше 650 К.

КИНЕТИКА ПЕРЕКРЫВАЮЩИХСЯ ПРОЦЕССОВ ВЫДЕЛЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ ФАЗ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ ФАЗЫ NI3AL

ЧЖОУ Ш.Р., ЛИ Ю.С., ЯН Л.З., ЛЮ В.С., ЧЖУ Л.Х.

Количественно исследована кинетика выделения вторичных фаз перекрывающихся процессов от зарождения и роста до коагуляции фазы γ''(Ni3Al) в сплавах Ni–Al с использованием модели управляемого диффузией фазового поля. Обнаружено, что на стадии роста и коагуляции временной показатель среднего радиуса частиц γ''-фазы составляет примерно 1/3, тогда как на более поздней стадии стационарной коагуляции он имеет меньшие значения. Скорость уменьшения плотности частиц γ''-фазы при стационарной коагуляции выше, чем на стадии роста и коагуляции. На стадии роста и коагуляции распределение частиц по размерам имеет большую ширину, затем величина этого распределения уменьшается, и снова увеличивается на стадии стационарной коагуляции; ширина распределения частиц по размерам, полученная количественным расчетом, превышает значение равное 0.215, предполагаемое в теории Лифшица–Слезова–Вагнера. Более того, на стадии зарождения и роста положение пика распределения частиц по размерам от приведенного радиуса изменяется от 1.0 до значений менее 1.0 на стадии роста и коагуляции, а затем возвращается к значению 1.0 на стадии стационарной коагуляции. Немонотонное изменение кинетики γ''-фазы в процессе выделения является обоснованным и теоретически значимым для эволюции кинетики.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВА FE63.5NI10CU1NB3SI13.5B9, НАНОКРИСТАЛЛИЗОВАННОГО В ПРИСУТСТВИИ РАСТЯГИВАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ

ЛУКШИНА В.А., ДМИТРИЕВА Н.В., ВОЛКОВА Е.Г., ШИШКИН Д.А.

Рассмотрено влияние введения 10 ат. % Ni за счет Fe в классический Файнмет (Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9) на его магнитные свойства после нанокристаллизующего отжига в присутствии растягивающей нагрузки и без нее. Показано, что в сплаве Fe63.5Ni10Cu1Nb3Si13.5B9 после термомеханической обработки наводится магнитная анизотропия с направлением легкого намагничивания поперек оси ленты (поперечная наведенная магнитная анизотропия) так же, как и в сплаве без Ni. Установлено, что введение 10 ат. % Ni в классический Файнмет практически не влияет на величину константы наведенной магнитной анизотропии при термомеханической обработке и замедляет процесс наведения магнитной анизотропии при σ ≤ 200 МПа. В сплаве с никелем при нанокристаллизующем отжиге (520°С) как в присутствии растягивающей нагрузки, так и без нее с увеличением продолжительности отжига от 1 до 4 ч наблюдается рост коэрцитивной силы сплава более, чем в 200 раз, в то время как коэрцитивная сила сплава без никеля практически не изменяется. Скорее всего, это связано с появлением новых структурных компонент в сплаве в процессе отжига после введения в него никеля.

МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В МЕДИ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ СХОЖДЕНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК

ЗЕЛЬДОВИЧ В.И., ХЕЙФЕЦ А.Э., ФРОЛОВА Н.Ю., ХОМСКАЯ И.В., СМИРНОВ Е.Б., ДЕГТЯРЕВ А.А., ШОРОХОВ Е.В.

Выполнены эксперименты по схождению медных цилиндрических оболочек под действием скользящей ударной волны и последующее исследование полученных образцов методами металлографии. Рассмотрены откольные явления, происходящие в оболочках под действием ударных волн при нагружении: происходит либо разделение оболочки на концентрические кольца, либо образуется широкая зона откольных пор и трещин. При высокоскоростной деформации в процессе инерционного схождения поры и трещины залечиваются, следы залечивания сохраняются в микроструктуре. Установлены различные случаи отклонения от строго радиального схождения, т.е. случаи потери устойчивости круглого фронта деформации. На тонкостенной оболочке возникают изгибы, и оболочка при схождении комкается. В толстостенных оболочках на внутренней поверхности образуются периодически расположенные выступы, которые в дальнейшем соединяются, сходясь к центру оболочки. На внешней поверхности потеря устойчивости выражается в возникновении волнообразного рельефа, образовании выпуклостей и вмятин, происходит гофрирование.

НЕЙТРОНОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСФОРМАЦИИ МАГНИТНОЙ И ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ СПИН-ПЕРЕОРИЕНТАЦИОННОМ ПЕРЕХОДЕ В ФЕРРИМАГНЕТИКЕ TM2FE18

ВАЛИЕВ Э.З., ВОРОНИН В.И., ГЛАЗКОВ В.П., КУЧИН А.Г., МАКСИМОВ Л.А., СОМЕНКОВ В.А., ПЛАТОНОВ С.П., ПРОСКУРНИНА Н.В., ШУШУНОВ М.Н.

Кристаллическая и магнитная структура нестехиометрического интерметаллического соединения Tm2Fe18 была исследована в температурном интервале от 3 до 300 K. Были применены методы нейтронной дифракции, синхротронного излучения и ультрамалоуглового рассеяния нейтронов. Дана теоретическая интерпретация спин-переориентационного перехода и определены величина и температурная зависимость первых констант магнитной анизотропии для подрешеток железа и тулия. По результатам эксперимента и теоретической интерпретации малоуглового рассеяния нейтронов сделан вывод о перестройке доменной структуры при спин-переориентационном фазовом переходе.

НОВАЯ ФАЗА TA3ВЕ В ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЯХ СИСТЕМЫ ТАНТАЛ–БЕРИЛЛИЙ

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

Ионно-плазменным распылением и соосаждением ультрадисперсных частиц Та и Ве впервые получены твердые растворы – сплавы в диапазоне концентраций от 1.1 до 85.8 ат. % Ве в пленке, что является подтверждением термофлуктуационного плавления и коалесценции малых частиц. Установлена закономерность изменения объема элементарной ячейки твердого раствора Ве в β-Та. При вакуумном отжиге при температуре 800°С образца с концентрацией 26.8 ат. % Ве обнаружена новая фаза, идентифицированная как Та3Ве, имеющая тетрагональную гранецентрированную решетку с параметрами a = 0.7579 ± 0.0003 нм, c = 0.7370 ± 0.0005 нм. Определены рентгенографические данные для идентификации интерметаллида. Проведенные электронно-микроскопические исследования показали, что коэффициент объемного расширения фазы Та3Ве больше, чем таковой у твердого раствора Ве в β-Та. Исследование температурной зависимости электросопротивления фазы Та3Ве при охлаждении от комнатной температуры до 10 К показали, что эта фаза имеет металлический характер зависимости R от T. Найденная фаза Та3Ве до температуры 10 К не обладает сверхпроводящими свойствами.

ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВА TININB С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

ЮНЬВЭЙ ЛЮ, ШИЦЯН ЛУ, ЧЖИГАН ЧЖАО

Исследовано поведение сплава NiTiNb при горячей деформации. Определена энергия активации и получено уравнение состояния. Результаты показывают, что осадка сплава TiNiNb является типичным реологическим процессом. Энергия термической активации горячей деформации сплава TiNiNb в диапазоне температур 720–840°С составляет 198.004 кДж/моль. Установлено, что как матричная фаза NiTi, так и области твердого раствора на основе Nb измельчаются. Количество твердой хрупкой фазы (Ti,Nb)2Ni и раствора на основе Nb постепенно уменьшалось с повышением скорости и температуры деформации.

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ И КОЛОССАЛЬНОГО МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ В КОБАЛЬТИТАХ

ТРОЯНЧУК И.О., БУШИНСКИЙ М.В., ХОМЧЕНКО В.А., СИКОЛЕНКО В.В., РИТТЕР К., ШОРР С.

Проведено исследование кристаллической структуры и магнитотранспортных свойств стехиометрических и аниондефицитных легированных Ba2+ кобальтитов со структурой перовскита. Показано, что ферромагнитное состояние развивается на основе ионов кобальта преимущественно с одним eg электроном (промежуточное спиновое состояние IS), тогда как наличие двух eg электронов (высокоспиновое состояние HS) ведет к антиферромагнитному состоянию. Ковалентная составляющая химической связи стабилизирует электронную конфигурацию, близкую к промежуточному спиновому состоянию. Колоссальное магнитосопротивление возникает на концентрационной или температурной границе, где сосуществуют ферромагнитные и антиферромагнитные фазы либо кластеры, в результате индуцированного полем спинового перехода из смеси HS/LS в IS-состояние. Ионы кобальта в IS-спиновом состоянии ответственны за ферромагнетизм и высокую проводимость.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ CR–NB–TI–V–ZR С ПОМОЩЬЮ CALPHAD-МЕТОДА

ГОРБАЧЕВ И.И., ПОПОВ В.В., КАЦ-ДЕМЬЯНЕЦ А., ПОПОВ МЛ. В., ЭШЕД Э.

На основе CALPHAD-метода составлено описание системы Cr–Nb–Ti–V–Zr и выполнены расчеты зависимостей изменения фазового состава высокоэнтропийных сплавов CrxNbTiVZr (для x = 0.5, 0.75, 1 и 1.25) от температуры.

СВЕРХТОНКИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ НА ЯДРАХ 57FE В ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ZR1 –XSCXFE2

РУСАКОВ В.С., ПОКАТИЛОВ В.С., ГУБАЙДУЛИНА Т.В., МАЦНЕВ М.Е.

Проведены мёссбауэровские исследования анизотропии сверхтонких взаимодействий (СТВ) ядер 57Fe в квазибинарной интерметаллической системе Zr1 –xScxFe2 (0 ≤ x ≤ 1) со структурой кубической фазы Лавеса C15. В рамках тензорного описания анизотропии магнитных СТВ с учетом кристаллической и магнитной структуры сверхтонкие параметры парциальных спектров выражены через константу квадрупольного взаимодействия, изотропное и анизотропное магнитные поля, а также азимутальный и полярный углы, задающие ориентацию оси легчайшего намагничивания (ОЛН). Установлено, что при температурах 87 и 297 K ОЛН отклонена в плоскости $(1\bar {1}0)$ от кристаллографического направления [111] на ~15°, и с ростом концентрации x ориентация ОЛН практически не меняется. Изменения изотропного поля и сдвига мессбауэровской линии носят аномальный характер. При увеличении x сначала наблюдается увеличение, а затем при x > 0.4 − уменьшение модуля изотропного поля. Сдвиг мёссбауэровской линии уменьшается с увеличением x, при этом наблюдается излом при x ~ 0.4. Такое аномальное поведение изотропного поля и сдвига коррелирует с изменением параметра кристаллической решетки и магнитного момента атомов Fe. Анизотропное поле линейно уменьшается по мере увеличения концентрации атомов Sc, а константа квадрупольного взаимодействия остается практически постоянной ~1 мм/с.

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ОПЛАВЛЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ ОТОЖЖЕННОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ

ЧАУС А.С., МАКСИМЕНКО А.В., ФЕДОСЕНКО Н.Н., ЧАПЛОВИЧ Л., МЫШКОВЕЦ В.Н.

Изучено влияние временных и энергетических параметров импульсной лазерной обработки на формирование структуры и твердость быстрорежущей стали при оплавлении поверхности после отжига. Обсуждены результаты металлографического и микрорентгеноспектрального анализов стали, а также измерения микротвердости. Показано, что лазерное оплавление отожженной быстрорежущей стали вызывает сильное измельчение как твердого раствора, так и карбидной составляющей. Строение зоны лазерного воздействия и морфология дендритов зависят от режимов лазерного облучения.

ЧАСТОТНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МИКРОВОЛНОВОГО ГИГАНТСКОГО МАГНИТОРЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА В МАГНИТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУРАХ

ПЕРОВ Д.В., РИНКЕВИЧ А.Б.

Выполнен численный анализ частотных характеристик гигантского магниторезистивного эффекта в магнитных металлических наноструктурах. Показано, что существуют два предельных случая, когда параметры микроволнового гигантского магниторезистивного эффекта сильно различаются. В частности, на частотах сантиметрового и миллиметрового диапазонов электромагнитных волн для металлических магнитных наноструктур толщиной от 0.5 до 200 нм существует взаимнооднозначное соответствие между гигантским магниторезистивным эффектом и его микроволновым аналогом.