Физика металлов и металловедение

АМОРФНЫЕ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ В НИКЕЛИДЕ ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕМ НАГРЕВЕ

ЗЕЛЬДОВИЧ В.И., ФРОЛОВА Н.Ю., ПИЛЮГИН В.П., ГУНДЫРЕВ В.М.

В никелиде титана Тi-50.5 ат.%Ni методами дифракционной электронной микроскопии и рентгенографии исследовано изменение структуры при интенсивной пластической деформации сдвигом под давлением и при последующем нагреве. При деформации со степенью 4.2 (1 оборот наковален Бриджмена) начинается процесс аморфизации, при деформации на 5.8 (5 оборотов) он практически завершается. Функция радиального распределения атомов (ФРРА) в аморфной структуре никелида титана сопоставлена с ФРРА в модели Бернала-Финнея, которая построена для описания структуры простых жидкостей. Кристаллизация аморфной структуры при нагреве начинается уже при 200°С, но происходит вяло вплоть до 300°С (при выдержках 0.5 ч). После выдержки при 350°С кристаллизация происходит полностью, и образуется нанокристаллическая структура с размером зерен 20-70 нм.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ И МЕХАНИЗМ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ, СТАТИСТИКА РАЗВИТИЯ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В СВИНЦЕ И СПЛАВАХ НА ЕГО ОСНОВЕ

ЕЛСУКОВА Т.Ф., ПАНИН В.Е.

Исследованы характер и механизм формирования динамической мезоструктуры, статистика числа и распределения трещин по размерам, их связь с характеристиками усталости свинца и свинцовых сплавов при знакопеременном изгибе. Показано, что определяющую роль в их усталостном разрушении играют масштаб, форма элементов динамической мезоструктуры и кинетика ее формирования, в основе которой лежит степень однородности деформации. Решающим фактором в повышении долговечности поликристаллов является подавление локализации деформации и, как следствие, формирования мезоконцентраторов напряжений, что предотвращает развитие опасной блочной мезоструктуры и рост усталостных трещин выше критического размера.

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ АЛЮМИНИЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

ЕЛАНЦЕВ А.В., ПОПОВ А.А., ДЕМАКОВ С.Л., ЕЛАНЦЕВА Е.В.

В работе изучали влияние интенсивной пластической деформации кручением на структуру и свойства высокопрочных сплавов на основе алюминия. Для исследования были выбраны промышленные сплавы системы Al-Zn-Мg-Сu, такие как В96Ц1, 7050, а также сплав 01979, полученный путем скоростной кристаллизации расплава. Методом просвечивающей электронной микроскопии показано, что проведение интенсивной пластической деформации (ИПД) сплавов данной системы приводит к значительному измельчению структуры. В зависимости от условий деформации размер зерен на сплаве В96Ц1 был зафиксирован в пределах от 400 до 150 нм. Обнаружено образование после ИПД неравновесной фазы, которая не выделяется при обычных условиях обработки. Установлено, что предварительная ИПД обеспечивает достаточно равномерный распад пересыщенного твердого раствора по телу зерна без образования приграничных зон, свободных от выделений.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ОТЖИГА 25 КЭВ КАСКАДА В МЕДИ

ГАФНЕР Ю.Я., ГАФНЕР С.Л.

В прошлом, накапливание дефектов при облучении охватывалось, главным образом, в приближении теории химических коэффициентов, в которой кластеры из дефектов обоих сортов (вакансии и междоузлия) были неподвижны. Эта картина является слишком простой для описания кинетики дефектов в каскаде, где образуется множество кластеров, характеризующихся различными свойствами. Альтернативой теоретическому рассмотрению является компьютерное моделирование методом Монте-Карло, позволяющее более подробно исследовать точечные дефекты и их комплексы. В представляемой работе диффузия дефектов учитывается полностью и систематически изучается роль одномерного скольжения междоузельных кластеров. В рамках production bias model рассмотрена краткая стадия термического отжига дефектов, оставшихся на поверхности меди после облучения высокоэнергетическими ионами.

МЕХАНИЗМ СИЛЬНОГО ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗА С ПЛАСТИНЧАТЫМ ГРАФИТОМ

СКВОРЦОВ А.И.

Цель работы - уточнение известных и формирование новых представлений об основных механизмах сильного внутреннего трения в высокоуглеродистых сплавах Fе с пластинчатым графитом. Изучено влияние формы включений графита на внутреннее трение немагнитной природы высокоуглеродистых сплавов Fе, на изменение удельного объема графита и матрицы при быстром охлаждении. Проанализирован механизм внутреннего трения в высокоуглеродистых сплавах Fе с пластинчатым графитом в зависимости от фазового состава матрицы, структурного состояния графита. Показана связь сильного внутреннего трения со структурной нестабильностью фазовых составляющих сплава, наведенной предварительной термической обработкой или пластической деформацией в процессе измерения внутреннего трения. Сделан вывод о большей практической перспективности использования механизма внутреннего трения, связанного с исходно метастабильной матрицей, из-за его большей эффективности при низких амплитудах деформаций, не превышающих допускаемые, по сравнению с механизмом, обусловленным деформацией матрицы выше предела упругости.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТОЖЖЕННОГО И ВОДОРОДОФАЗОНАКЛЕПАННОГО ГИДРИДА ПАЛЛАДИЯ

ЖИРОВ Г.И., ГОЛЬЦОВ В.А., ГЛЯКОВ Д.А.

Экспериментально установлено, что отожженный гидрид палладия является высокопластичным и малопрочным металлическим материалом и его механические свойства соответствуют уровню механических свойств отожженного палладия. Изучено упрочнение гидрида палладия при водородофазовом наклепе в результате прямого α → β-фазового гидридного превращения в сплавах палладий-водород. Показано, что степень водородофазового наклепа определяется разностью удельных объемов превращающихся фаз. С понижением температуры превращения и увеличением разности удельных объемов превращающихся фаз упрочнение гидрида палладия закономерно усиливается, а его пластичность соответственно уменьшается.

НЕУПРУГОЕ ПОВЕДЕНИЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОЙ ЭВТЕКТИКИ ПРИ ДЕФОРМАЦИОННОМ СТАРЕНИИ

АРЖАВИТИН В.М., КОРША В.Ф.

Исследованы временные зависимости внутреннего трения Q -1(t) и модуля Юнга E(t) литого сплава Pb-62%Sn в условиях изотермической выдержки при температуре T ≈ 293 K, при которой сплав обнаруживает сверхпластичные свойства. Эксперименты проведены с помощью метода резонансных изгибных колебаний с максимальной относительной амплитудой деформации ε 0 в интервале ε 0 ≈ ≈ (0.25-2.5) х 10 -3. Обнаружены немонотонности на зависимостях Q -1(t), в том числе максимумы при t = 0; 5; 14; 20 мин циклического нагружения образцов, которым сопутствуют немонотонные изменения модуля нормальной упругости E сплава. Наблюдающееся поведение Q -1(t) и E(t) связывается с возможными фазовыми и кинетическими превращениями в сплаве в условиях циклического нагружения.

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА, ДЕФОРМИРОВАННОГО СДВИГОМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

ДЕГТЯРЕВ М.В., ВОРОНОВА Л.М., ЧАЩУХИНА Т.И.

Исследовано превращение при изотермическом нагреве структуры различной однородности, полученной пластической деформацией сдвигом под давлением в однофазном железе. Субмикрокрис-таллическая структура, сформированная при большой пластической деформации за счет ротационного механизма деформации, образована микрокристаллитами и характеризуется отсутствием текстуры. При нагреве повышение равновесности такой структуры происходит за счет совершенствования границ и формы микрокристаллитов в условиях низкой скорости роста. Рост зерен при первичной рекристаллизации происходит в соответствии с кинетическим законом нормального роста. Рассчитанные значения энергии активации процесса близки к энергии активации зернограничной самодиффузии.

НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И МАГНИТООБЪЕМНЫЙ ЭФФЕКТ В ЖЕЛЕЗЕ

МИХАЙЛОВ Ю.Н., КАЗАНЦЕВ В.А.

В армко-Fе и чистом Ni на трех-осевом нейтронном спектрометре выполнен энергетический анализ малоуглового рассеяния нейтронов в широких интервалах температур. Проведены измерения коэффициента теплового расширения α(Т) в армко-Fе при температурах (300-1100) К. Низкоэнергетические магнитные возбуждения, отличные от спиновых волн, обнаружены в армко-Fе около точки Кюри (Т с ͠= 1030К) в температурном интервале, где коэффициент теплового расширения α(Т) испытывает аномальное поведение. Обсуждается корреляция между низкоэнергетическими магнитными возбуждениями и магнитообъемным эффектом в армко-Fе.

РАЗВИТИЕ ПОЛОС СДВИГА В АМОРФНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ

ПОЗДНЯКОВ В.А.

Теоретически изучены условия развития полос сдвига в аморфно-кристаллических сплавах с разными морфологическими типами структурных составляющих. Получено условие развития полос сдвига в тонких аморфных слоях, содержащихся в кристаллической матрице. Показано, что существует масштабный эффект, выражающийся в подавлении процесса локализованного пластического течения при уменьшении толщины аморфного слоя до предельного значения. Проведен анализ условия развития полос сдвига в аморфном сплаве с нанокристаллическими включениями. Получена зависимость критического напряжения развития полосы сдвига от объемной доли дисперсных кристаллических включений. Рассмотрено также развитие полос сдвига в материале из аморфных и кристаллических областей микрометровых размеров. В сплаве с такой структурой определены условия распространения локализованного течения эстафетным механизмом.

РАЗРУШЕНИЕ АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМА В ИНТЕРМЕТАЛЛИДЕ СЕ 2FЕ 17 ПРИ РАДИАЦИОННОЙ АМОРФИЗАЦИИ

ЧУКАЛКИН Ю.Г., ВОРОНИН В.И., КАРЬКИН А.Е., КУЧИН А.Г., БЕРГЕР И.Ф., ГОЩИЦКИЙ Б.Н.

Дифракционными (рентген, нейтроны) и магнитными методами исследовали поликристаллические образцы Се 2Fе 17 до и после облучения флюенсом быстрых нейтронов 1.5 х 10 24 м. Установлено, что облучение приводит к полной аморфизации исследуемого интерметаллида. Показано, что наблюдаемое радиационно-индуцированное структурное превращение разрушает спиральный антиферромагнетизм, существующий в интервале температур (95-210) К в исходном кристаллическом состоянии, и повышает температуру Кюри до ~170 К. Основной причиной наблюдаемого изменения магнитного состояния является разрушение антиферромагнитных связей в результате увеличения среднего расстояния между атомами железа при аморфизации.

РАСПАД ПЕРЕСЫЩЕННОГО ТВЕРДОГО РАСТВОРА В ТРОЙНОМ СПЛАВЕ MG-ND-Y

РОХЛИН Л.Л., ДОБАТКИНА Т.В., ТИМОФЕЕВ В.Н., ТАРЫТИНА И.Е.

Изучена кинетика и структурные превращения при распаде пересыщенного твердого раствора на основе магния в тройном сплаве Мg-3%Nd-8.5%Y. Показано, что по сравнению с двойными сплавами с тем же содержанием неодима и иттрия распад магниевого пересыщенного твердого раствора сопровождается более высоким эффектом упрочнения и большим обеднением магниевого твердого раствора. Исследования структуры тройного сплава Мg-Nd-Y и тройная диаграмма состояния Мg-Nd-Y дают основания считать, что особенности кинетики и упрочнения в нем при распаде пересыщенного твердого раствора связаны с возможностью растворения одного из редкоземельных металлов в продуктах распада другого редкоземельного металла при распаде пересыщенного твердого раствора в соответствующих двойных магниевых сплавах.

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕДИ И НИКЕЛЕ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДАМИ РКУ-ПРЕССОВАНИЯ. III. АНОМАЛЬНЫЙ РОСТ ЗЕРЕН. МОДЕЛЬ

ЧУВИЛЬДЕЕВ В.Н., КОПЫЛОВ В.И., НОХРИН А.В., МАКАРОВ И.М., ГРЯЗНОВ М.Ю.

Описана модель, позволяющая объяснить экспоненциальный характер роста зерен на начальной стадии рекристаллизации в микрокристаллических меди и никеле, полученных методами РКУ-прессования. Показано, что в микрокристаллических металлах начало процесса рекристаллизации контролируется процессом возврата дефектов в неравновесных границах зерен. Возврат протекает таким образом, что число границ, способных к интенсивной миграции, экспоненциально нарастает со временем, и, соответственно, средний размер зерна в ансамбле оказывается экспоненциально зависящим от времени. Проведено сопоставление полученных выражений с экспериментальными данными по росту зерен в микрокристаллических меди и никеле.

САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРАДИЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С КЕРАМИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ НА ОСНОВЕ ТIВ 2-TIN И ТI 5SI 3-TIN

ЛЕВАШОВ Е.А., АКУЛИНИН П.В., СОРОКИН М.Н., СВИРИДОВА Т.А., ХОСОМИ С., ОХЬЯНАГИ М., КОИЗУМИ С.

Впервые изучены особенности фазо- и структурообразования алмазосодержащих функционально-градиентных материалов (ФГМ) с керамической связкой на основе диборида и нитрида титана ТiВ 2-TiN, а также силицида и нитрида титана Тi 5Si 3-TiN. Исследовано влияние массы “химической печки” на остаточную прочность алмаза в алмазоносном слое СВС-ФГМ. Для связки на основе диборида и нитрида титана наибольшая остаточная прочность алмазных зерен составляет 24 Н для образца с 12.5 об. % алмаза и 29 Н для образца с 25 об. % алмаза в шихтовом слое, при исходной прочности алмаза в 37 Н. Для связки на основе силицида и нитрида титана, при той же исходной прочности алмазных зерен, остаточная прочность алмаза в продуктах синтеза составляет 32.5 и 28.7 Н для образцов с 12.5 и 25 об. % алмаза соответственно. Показано положительное влияние 5%-ной добавки гидрида титана в шихтовой алмазосодержащий слой на сохранность алмаза для связки на основе диборида и нитрида титана. Найдены оптимальные условия, обеспечивающие возможность получения качественных продуктов с высокой степенью сохранности и прочности алмазных зерен.

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УРАЛЬСКОГО СВАРОЧНОГО ЖЕЛЕЗА

РОДИОНОВ Д.П., СЧАСТЛИВЦЕВ В.М., ФИЛИППОВ Ю.И.

Рассмотрены особенности структуры и измерены некоторые механические свойства образцов сварочного (кричного) железа, произведенного в ХVIII-ХIХ веках на Уральских заводах. Результаты сопоставлены со свойствами и структурой современного технического железа.

ФЕРРОМАГНИТНОЕ СОСТОЯНИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АНДЕРСОНА

ИЗЮМОВ Ю.А., АЛЕКСЕЕВ Д.С.

Периодическая модель Андерсона рассмотрена в пределе U → ∞. Для вычисления электронных функций Грина, построенных на Х-операторах Хаббарда, использован метод производящего функционала, в котором функции Грина определяются как вариационные производные по флуктуирующим полям. Функции Грина для s- и d-электоронов, а также смешанные функции Грина, выражаются только через две характеристики d-электронной функции Грина: ее неприводимую собственно-энергетическую часть и концевую часть. Для них выведены уравнения в вариационных производных, которые могут быть решены путем итераций по параметру гибридизации. В первом приближении по этому параметру соответствующему учету хартриевской и фоковской поправок к собственной энергии d-электрона, выведены уравнения, соответствующие приближению среднего поля и путем их численного решения определена область существования ферромагнитного решения модели в пространстве основных параметров гамильтониана: параметра гибридизации, положения d-элек-тронного уровня в полосе s-электронов и электронной концентрации. Показано, что ферромагнетизм возможен за счет двух факторов: спин-зависящей гибридизационной щели в квазичастичном спектре (хартриевская поправка) и зависящего от спина смещения верхнего края нижней квазичас-тичной подзоны (фоковская поправка).

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ 12Х2Г2НМФТ ПРИ ЗАКАЛКЕ

ЮГАЙ С.С., КЛЕЙНЕР Л.М., ШАЦОВ А.А., МИТРОХОВИЧ Н.Н.

Прогресс металловедения в области разработки сталей в последней трети XX века привел к созданию двух классов сталей с рекордными показателями конструкционной прочности - мартенситостареющих и трипсталей, стоимость этих материалов уже на стадии создания в 5 раз превышала стоимость низколегированных высокопрочных. Почти одновременно с мартенситостареющими и трипсталями появились низкоуглеродистые мартенситные стали (НМС), выгодно отличающиеся низкой концентрацией добавок, отсутствием в составе дорогих и дефицитных легирующих элементов, универсальностью, простотой и экологической безопасностью термической обработки в сочетании с высокими характеристиками механических свойств. Одной из лучших НМС по соотношению цена/качество является сталь 12Х2Г2НМФТ. В результате исследований этой стали установлено сохранение реечной структуры а-фазы до температуры Ас 1 и при нагреве в МКИ, асимптотическое стремление дислокационной структуры к полигонизованному состоянию в процессе отпуска, снижение критической точки Ас 1 при быстром нагреве. Особенности структуры позволяют предложить новые режимы, расширяющие технологические возможности упрочняющей термической обработки НМС 12Х2Г2НМФТ.