Физика металлов и металловедение

ВЛИЯНИЕ АЛЮМИНИЯ НА ПРОЦЕСС ТВЕРДОФАЗНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗА АЗОТОМ В ШАРОВОЙ МЕЛЬНИЦЕ

ШАБАШОВ В.А., КОЗЛОВ К.А., ЛЯШКОВ К.А., ЛИТВИНОВ А.В., ДОРОФЕЕВ Г.А., ТИТОВА С.Г., ФЕДОРЕНКО В.В.

Методами мессбауэровской спектроскопии и рентгеноструктурного анализа изучены процессы твердофазного механического легирования азотом и хромом железа и сплава Fe–3Al при механической активации с нитридами хрома в шаровой мельнице. Показано, что в результате деформационно-индуцированного растворения нитридов хрома в матрице железа и сплава Fe–3Al формируются твердые растворы замещения хрома и внедрения азота. Легирование железа алюминием ускоряет процесс деформационного растворения нитридов хрома, но снижает содержание азота в положении твердого раствора внедрения. Последующий отжиг приводит к преимущественному выходу алюминия из матрицы, замещению его хромом и образованию дисперсных нитридов AlN.

ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННОГО ОТЖИГА НА ОСТАТОЧНОЕ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ ХРОМИРОВАННЫХ СТРЕНДОВ НА ОСНОВЕ NB3SN, ПОЛУЧЕННЫХ ПО БРОНЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

НОВОСИЛОВА Д.С., АБДЮХАНОВ И.М., ВОРОБЬЕВА А.Е., ДЕРГУНОВА Е.А., ПОЛИКАРПОВА М.В., МАРЕЕВ К.А., ТРАКТИРНИКОВА Н.В., ПОПОВА Е.Н., ДЕРЯГИНА И.Л., СУДАРЕВА С.В.

Относительное остаточное электрическое сопротивление (RRR1) – один из важных параметров многоволоконных сверхпроводников (стрендов) на основе Nb3Sn, используемых при изготовлении кабелей магнитных систем. Высокие значения RRR обеспечивают стабильность кабеля по отношению к тепловым возмущениям. Для производства Nb3Sn-стрендов для магнитной системы ИТЭР (Интернационального термоядерного экспериментального реактора) используется высокочистая бескислородная медь с RRR > 250 единиц, но после длительного диффузионного отжига, предназначенного для образования сверхпроводящей фазы Nb3Sn, значения RRR-стрендов снижаются. В настоящей работе проведено исследование влияния диффузионных отжигов от 55 до 200 ч на заключительной ступени, при температуре 650°С, на RRR-хромированных Nb3Sn-стрендов. Проведен микрорентгеноспектральный анализ поверхности стренда и периферийных слоев меди по содержанию хрома и кислорода. Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP масс-спектрометрии) определено общее содержание хрома в медной оболочке. Показано влияние диффузии хрома и кислорода из покрытия в процессе отжига при 650°С на значения RRR. На базе данных ICP-масс-спектрометрии проведена оценка глубины проникновения хрома в медную оболочку.

ВЛИЯНИЕ СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ И УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ 12ГБА

САФАРОВ И.М., КОРЗНИКОВ А.В., СЕРГЕЕВ С.Н., ГЛАДКОВСКИЙ С.В., БОРОДИН Е.М.

Исследовано влияние интенсивной теплой деформации на структуру и механические свойства низкоуглеродистой стали 12ГБА. Всесторонней изотермической ковки в стали была получена субмикрокристаллическая (СМК) структура со средним размером элементов 0.3 мкм. Формирование СМК-структуры привело к резкому повышению прочности в 2–3 раза относительно исходного крупнозернистого состояния при достаточном уровне пластичности и ударной вязкости. После дополнительного отжига в сталях проявляется улучшенный комплекс свойств: при незначительном снижении значений прочности пластичность резко повышается. Ударные испытания при отрицательных температурах показали значительное преимущество СМК-состояния стали в ударной вязкости по сравнению с крупнозернистым. Установлено, что повышение хладостойкости в СМК-состоянии вызвано за счет более высокой доли работы распространения трещины в общей работе разрушения образца.

ВЛИЯНИЕ СФЕРИЧЕСКИ СХОДЯЩИХСЯ УДАРНЫХ ВОЛН НА ДЕФОРМАЦИОННОЕ И ФАЗОВОЕ ПОВЕДЕНИЕ ВЫСОКОЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА

КОЗЛОВ Е.А., ДОБРОМЫСЛОВ А.В., ТАЛУЦ Н.И., ВОЛЬЦ К.

Методами оптической металлографии, просвечивающей электронной микроскопии и измерением микротвердости проведено послойное изучение структуры шара диаметром 166 мм из высокочистого железа после нагружения сферически сходящимися ударными волнами. Обнаружено, что высокоскоростная пластическая деформация железа в -фазе при реализованных условиях нагружения осуществляется скольжением, а в средних и глубоких слоях – дополнительно путем образования полос локализации деформации.

ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПАДА АУСТЕНИТА НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ИЗ МЕЖКРИТИЧЕСКОГО ИНТЕРВАЛА ТЕМПЕРАТУР

МАКОВЕЦКИЙ А.Н., ТАБАТЧИКОВА Т.И., ЯКОВЛЕВА И.Л., ТЕРЕЩЕНКО Н.А., МИРЗАЕВ Д.А.

Методом скоростной дилатометрии исследована кинетика образования и затем распада переохлажденного аустенита низколегированных трубных сталей, полученного при нагреве в межкритический интервал температур. Установлено уменьшение устойчивости аустенита в перлитной области после аустенитизации в межкритическом интервале температур в стали 20ФА, по сравнению с устойчивостью аустенита, полученного нагревом до температур выше AC3. Показано сложное влияние аустенитизации в межкритическом интервале температур на распад переохлажденного аустенита стали 13ХФА: температура начала распада аустенита снижается, температура конца превращения повышается.

ЗАРОЖДЕНИЕ И РОСТ АЛЮМИНИДА ТИТАНА В СЛОИСТОМ КОМПОЗИТЕ, СВАРЕННОМ ВЗРЫВОМ

БАТАЕВ И.А., БАТАЕВ А.А., МАЛИ В.И., ПАВЛЮКОВА Д.В., ЯРЦЕВ П.С., ГОЛОВИН Е.Д.

Приведены результаты исследования процессов зарождения и роста алюминида титана в двадцатитрехслойном композите “алюминий–титан”, полученном по технологии сварки взрыва. В вихревых зонах семи верхних швов зафиксированы микрообъемы оплавленного металла, уровень микротвердости которых составляет 5500 МПа, что соответствует микротвердости интерметаллида Al3Ti. Образования алюминидов титана в сварных соединениях, не подвергнутых дополнительной термической обработке, методом рентгеноструктурного анализа не обнаружено. Выдержка композитов при 630°С сопровождается образованием прослоек интерметаллидов типа Al3Ti. В сварных швах формируются интерметаллиды двух морфологических типов. На месте вихревых зон образуются компактные выделения Al3Ti, на остальных участках сварных швов выделяются интерметаллиды в форме пленки. Интерметаллиды первого типа растут более интенсивно и в итоге поглощают выделения пленочной формы. Активизации диффузии в верхних швах, имеющей место при нагреве сваренных композитов, способствует неравновесное состояние материала, обусловленное деформационным упрочнением заготовок. На сварных швах, расположенных глубже тринадцатого, при отжиге длительностью 5 ч и менее признаков формирования интерметаллидов компактного типа обнаружено не было.

МЕХАНИЧЕСКОЕ СПЛАВЛЕНИЕ И ИНТЕНСИВНАЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВЫСОКОАЗОТИСТЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

ДОРОФЕЕВ Г.А., САПЕГИНА И.В., ЛАДЬЯНОВ В.И., ПУШКАРЕВ Б.Е., ПЕЧИНА Е.А., ПРОХОРОВ Д.В.

Высокоазотистые безникелевые нанокристаллические нержавеющие стали составов Fe–(18–20)Cr–1N и Fe–(23–25)Cr–(10–11)Mn–1N (мас. %) были получены механическим сплавлением (МС) в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице в среде аргона. В качестве источника азота были использованы нитриды хрома или марганца, входящие в состав исходной порошковой смеси с чистыми металлическими компонентами. Сравнительные исследования эволюции структуры в процессе МС с использованием методов рентгеновской дифракции, мессбауэровской спектроскопии, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии показали, что в системе Fe–Cr–N ОЦК-ферритная структура сохраняется вплоть до 120 ч МС. Полная аустенизация происходила за 60 ч МС в системе Fe–Cr–Mn–N, в которой источником азота являлись нитриды хрома. Наибольшее ускорение кинетики образования высокоазотистого аустенита было получено в системе Fe–Cr–Mn–N, в которой источником азота являлся нитрид марганца. Механизмы твердофазных реакций в порошковых смесях в процессе МС обсуждены с точки зрения деформационно-индуцированного растворения нитридов в металлической матрице и устойчивости пересыщенного по азоту феррита относительно -превращения.

ОБРАЗОВАНИЕ ВОДОРОД-ВАКАНСИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ В АЛЬФА-ЖЕЛЕЗЕ

МИРЗАЕВ Д.А., МИРЗОЕВ А.А., ОКИШЕВ К.Ю., ШАБУРОВ А.Д., РУЗАНОВА Г.Е., УРСАЕВА А.В.

Представлен расширенный вариант статистической теории Смирнова [12], описывающий зависимость равновесных концентраций комплексов вакансия-атомы водорода от температуры. Расчеты с использованием рассчитанных “из первых принципов” значений энергий взаимодействия показывают, что при низких температурах большинство вакансий оказываются связанными с несколькими атомами водорода, причем резко увеличивается и концентрация самих вакансий.

ПАРНОЕ ЭФФЕКТИВНОЕ МЕЖИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ГЕЛИЯ

ШВЕЦ В.Т.

Рассчитанo парное эффективное межионное взаимодействие в металлическом гелии при различных плотностях. В потенциале парного взаимодействия, учтены члены второго и третьего порядков теории возмущений. Рассмотрено металлическое состояние гелия как в случае однократно, так и в двукратно ионизованных атомов гелия. Во-втором случае, соответствующем более высоким плотностям, потенциал электрон-ионного взаимодействия является кулоновским. Парный эффективный межионный потенциал при плотностях порядка нескольких грамм на сантиметр кубический имеет характерный для металлов вид с глубиной потенциальной ямы в несколько тысяч градусов Кельвина, что позволяет предполагать существование стабильной жидкой металлической фазы у гелия при этих плотностях и температурах. В первом случае используется модельный потенциал, единственный параметр которого находится из предположения, что переход гелия в металлическое состояние происходит при той же плотности электронного газа, что и в случае металлизации водорода. В такой металлической фазе парный эффективный межионный потенциал также имеет вид, характерный для металлов, но потенциальная яма для гелия значительно меньше, чем у водорода, и быстрее убывает при возрастании электронной плотности. В полупроводниковой же фазе наоборот – потенциальная яма значительно больше у гелия, чем у водорода, и быстрее возрастает при уменьшении электронной плотности. В этом случае для термической активации металлической проводимости требуются значительно более высокие температуры.

СИНТЕЗ, ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ И СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ FE–SE

КАРЬКИН А.Е., ТИТОВ А.Н., ШКВАРИНА Е.Г., ТИТОВ А.А., ГОЩИЦКИЙ Б.Н.

Монокристаллические образцы FeSex выращены из поликристаллического материала в запаянной кварцевой трубке методом газотранспортных реакций с использованием I2. Получены кристаллы размером 0.1–0.5 мм с огранкой гексагонально-призматической, тетрагонально-призматической, пластинчато-квадратной и гексагональной. Измерения электронного транспорта и магнитных свойств монокристаллов FeSex показали наличие сверхпроводящего перехода, достигающего 24 K.

СТРОЕНИЕ УЗЛОВ ОБРАТНОЙ РЕШЕТКИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА

ТРЕНИНКОВ И.А., АЛЕКСЕЕВ А.А., ЗАЙЦЕВ Д.В.

Рассчитаны объемных доли -фазы в виде разных геометрических фигур в зависимости от соотношения объемной доли и -фаз. При наиболее характерном для сплава ВЖМ4 содержании -фазы 70% после полной термической обработки преобладает -фаза в виде пластин. Проведен качественный анализ расположения сателлитов в обратном пространстве монокристаллического жаропрочного никелевого сплава ВЖМ4. Построена решетка обратного пространства с сателлитами, обусловленными напряженным состоянием прослоек -фазы в виде разных геометрических фигур. Получен набор экспериментальных сечений трехмерного строения узлов (222), (313) и (202) обратной решетки.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАРБОНИТРИДООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ С V И TI

ГОРБАЧЁВ И.И., ПОПОВ В.В., ПАСЫНКОВ А.Ю.

Проведен критический анализ имеющихся термодинамических данных для системы Fe–V–Ti–C–N, и на основе CALPHAD*-метода предложено самосогласованное термодинамическое описание этой системы. С использованием построенного термодинамического описания выполнены расчеты фазовых равновесий исследуемой системы, и рассмотрены некоторые закономерности влияния состава сплава на фазовый состав сталей, легированных ванадием и титаном.