Рассмотрены феноменология и природа двухуровневого (основы и вторых фаз) наноструктурирования при выполнении термомеханической обработки сложнолегированных алюминиевых сплавов, реализующей их холодную интенсивную пластическую деформацию. Обоснована важность учета и применения принципа оптимизации гетерогенности структуры, регламентирующего параметры вторых фаз сплавов, с целью контроля наноструктурирования их матрицы. Сформулирован ряд положений, которые могут послужить основой разработки критериев указанного принципа для термомеханической обработки с интенсивной пластической деформацией, обеспечивающих улучшенный комплекс свойств сплава через эффективный контроль наноструктурирования матрицы. Предложен новый подход к классификации наноструктурированных сплавов.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
Согласно действующему в РФ с 2014 г. государственному стандарту [1], под наноструктурированными (НС) следует понимать материалы c внутренней или поверхностной наноструктурой, представляющей собой композицию из взаимосвязанных составных частей различных веществ или из структурных элементов, размер которых хотя бы по одному измерению находится в нанодиапазоне. В свою очередь, для нанодиапазона определен интервал от 1 до 100 нм, верхний предел которого приблизителен и условен по причине размытости границы, преодолевая которую материалы демонстрируют повышенные свойства благодаря их наноструктурированию. А нижний предел диапазона введен для того, чтобы исключить из рассмотрения в качестве нанообъектов или элементов наноструктуры отдельные атомы или небольшие группы атомов. Опираясь на эти критерии стандарта, очерчивающие «водораздел» между НС и «обычными» (ненаноструктурированными) материалами, с момента его введения в действие все сложнолегированные сплавы1, составляющие основу современных металлических конструкционных материалов, получаемых по слитковой технологии, следует относить к наноматериалам. Основанием для такого заключения служит то, что на стадии изготовления слитка и на последующих его переделах с использованием серийных промышленных методов термической и/или термомеханической обработки, неотъемлемыми элементами структуры таких сплавов являются наноразмерные формирования в виде кластеров, сегрегаций, зон Гинье–Престона, а также выделений метастабильных и стабильных фаз, играющие важную роль в их свойство-формировании. Наиболее ярко влияние таких наноструктурных элементов проявляется в упрочнении сплавов, и общеизвестно с середины прошлого века как процесс их «дисперсионного твердения» [2]. Следует отметить, что данное утверждение не является оригинальным, поскольку в отношении алюминиевых сплавов оно было высказано еще за шесть лет до введения в действие указанного стандарта в журнале «Технология легких сплавов» выдающимся российским материаловедом В. И. Елагиным [3].
Список литературы
1. ГОСТ Р 55416-2013/ISO/TS 80004-1:2010 Нанотехнологии. Часть 1. Основные термины и определения, дата введения 2014-04-01.
2. Келли, А., Никлсон, Р., Дисперсионное твердение, Москва: Металлургия, 1966.
3. Елагин, В.И., Конструкционные наноструктурные сплавы на алюминиевой основе, ТЛС, 2008, № 2, с. 6-20.
4. Портной, В.К., Термомеханическая обработка для подготовки структуры сверхпластичных сплавов, в кн. Металлургия и металловедение цветных сплавов, Москва: Наука, 1982, с. 140-146.
5. Портной, В.К., Роль оптимизации гетерогенности в подготовке ультрамелкозернистой структуры сверхпластичных сплавов, Изв. вузов. Цветная металлургия, 1985. № 1, с. 93-107.
6. Портной, В.К., Оптимизация гетерогенности - общий принцип подхода к получению ультрамелкого зерна в сверхпластичных сплавах разного типа, Цветные металлы, 1987, № 5, с. 79-88.
7. Kosuge, K. and Takeuti, K., Thermomechanical Treatment of Aluminum Alloys and Its Application, Bull. Jap. Inst. Met., 1982, vol. 21, no. 2, pp. 104-113.
8. Paton, N.E., Neil, Е., Hamilton, С.Н., and Howard, С., Method of Imparting a Fine Grain Structure to Aluminum Alloys Having Precipitating Constituent, US Patent no. 4092181, 1978.
9. Маркушев, М.В., О принципах деформационных методов измельчения зерен алюминиевых сплавов до ультрамелких размеров. 1. Мелкозернистые сплавы, ФММ, 2009, т. 108, № 1, с. 46-53.
10. Humphreys, F.J., The Nucleation of Recrystallization at Second Phase Particles in Deformed Aluminium, Acta Met., 1977, vol. 25, pp. 1323-1344. DOI: 10.1016/0001-6160(77)90109-2
11. Wert, J.A., Paton, N.E., Hamilton, C.H., and Mahoney, M.W., Grain Refinement in 7075 Aluminium by Thermomechanical Processing, Met. Trans. A., 1981, vol. 12, no. 7, pp. 1267-1276. DOI: 10.1007/BF02642340
12. Humphreys, F.J. and Hatherly, M., Recrystallization and Related Annealing Phenomena, Elsevier, 2017.
13. Маркушев, М.В., Принципы термомеханической обработки алюминиевых сплавов с целью измельчения зерен до наноразмеров, в кн. Перспективные материалы, т. 8, гл. 4, Мерсон, Д.Л., ред., Тольятти: ТГУ, 2019, с. 227-280.
14. Телешов, В.В., Захаров, В.В., Копелиович, Б.А., Шнейдер, Г.Л., Структура и свойства крупногабаритных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов, используемых в авиастроении. Обзор зарубежной литературы за 1973-1982 гг., ТЛС, 1983, № 6, с. 75-92.
15. Nes, E. and Wert, J.A., Modeling of Recrystallization in Alloys with a Bimodal Particle Size Distribution, Scripta Met., 1984, vol. 18, pp. 1433-1438. DOI: 10.1016/0036-9748(84)90381-8
16. Макова, О.Б., Портной, В.К., Левченко, B.C., Колобнев, Н.И., Влияние гетерогенизационного отжига на размер рекристаллизованного зерна сплава 1420, Цветные металлы, 1987, № 7, c. 85-87.
17. Kojima, Y., Furukawa, T., Kobayashi, M., and Nakamura, T., Grain Refinement and Superplasticity of Al-Zn-Mg-Cu-Cr Alloys, J. Jap. Inst. Light Met., 1986, vol. 36, no. 7, pp. 421-428.
18. Yoshida, H., Uno, T., and Baba, Y., Grain Refinement and Superplasticity of a High Strength Aluminium Alloy, Trans. Jap. Inst. Met., 1986, vol. 27, pp. 875-882.
19. Hansen, N. and Bay, В., Initial Stages of Recrystallization in Aluminium Containing Both Large and Small Particles, Acta Met., 1982, vol. 29, no. 1, pp. 65-77. DOI: 10.1016/0001-6160(81)90087-0
20. Арчакова, З.Н., Балахонцев, Г.А., Басова, И.Г. и др., Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: Справочник, Москва: Металлургия, 1984.
21. Lasalmonie, A. and Strudel, J.L., Influence of Grain Size on the Mechanical Behavior of Some High Strength Materials, J. Mater. Sci., 1986, vol. 21, pp. 1937-1852. DOI: 10.1007/BF00547918
22. Рабинович, M.X., Термомеханическая обработка алюминиевых сплавов, Москва: Металлургия, 1973.
23. Новиков, И.И., Теория термической обработки металлов, Москва: ЛЕНАНД, 2021.
24. Синявский, В.С., Вальков, В.Д., Калинин, В.Д., Коррозия и защита алюминиевых сплавов, Москва: Металлургия, 1986.
25. Алюминий: свойства и физическое металловедение, Хэтч, Дж.Е., ред., Москва: Металлургия, 1989.
26. ASM Specialty Handbook: Aluminum and Aluminum Alloys, Davis, J.R., Ed., ASM Int., 1993.
27. Williams, J.C. and Starke, E.A., The Role of Thermomechanical Processing in Tailoring the Properties of Aluminum and Titanium Alloys, in Deformation, Processing and Structure, St. Louis, Missouri: ASM Mater. Sci. Sem., 1984, pp.1267-1276.
28. Алиев, С.Г., Альтман, М.Б., Амбарцумян, С.М. и др., Промышленные алюминиевые сплавы: Справочник, Москва: Металлургия, 1984.
29. Krol, T., Baither, D., and Nembach, E., The Formation of Precipitate Free Zones along Grain Boundaries in a Superalloy and the Ensuing Effects on Its Plastic Deformation, Acta Mater., 2004, vol. 52, pp. 2095-2108. DOI: 10.1016/j.actamat.2004.01.011
30. Fourmeau, M., Marioara, C.D., Børvik, T., and Benallal, A., A Study of the Influence of Precipitate-Free Zones on the Strain Localization and Failure of the Aluminium Alloy AA7075-T651, Philos. Mag., 2015, vol. 95, pp. 3278-3304. DOI: 10.1080/14786435.2015.1040099
31. Khadyko, M., Marioara, C.D., Ringdalen, I.G., Dumoulin, S., and Hopperstad, O.S., Deformation and Strain Localization in Polycrystals with Plastically Heterogeneous Grains, Int. J. Plast., 2016, vol. 86, pp. 128-150. DOI: 10.1016/j.ijplas.2016.08.005
32. Chiu, E. and Srivastava, A., Intergranular Ductile Failure of Materials with Plastically Heterogeneous Grains, Materialia, 2022, vol. 23, p. 101439. DOI: 10.1016/j.mtla.2022.101439
33. Pardoen, T., Dumont, D., Deschamps, A., and Brechet, Y., Grain Boundary Versus Transgranular Ductile Failure, J. Mech. Phys. Solids, 2003, vol. 51, pp. 637-665.
34. Chen, M., Liu, Sh., He, K., Zheng, X., and Jia, G., The Effect of Precipitate-Free Zone on Mechanical Properties in Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloy: Strain-Induced Back Stress Strengthening, J. Alloys Compd., 2023, vol. 969, p. 172426. DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.172426
35. Li, F., Chen, G., Chen, S., Zhu, C., and Chen, K., Inhibiting Segregation Enabled Outstanding Combination of Mechanical and Corrosion Properties in Precipitation-Strengthened Aluminum Alloys, J. Mater. Sci. Tech., 2024, vol. 179, pp. 240-250. DOI: 10.1016/j.jmst.2023.06.067
36. Mei, L., Yang, M.J., Chen, X.P. Jin, Q.Q., Wang, Y.Q., and Li, Y.M., Precipitate Evolution and Properties of an Al-Zn-Mg-Cu Alloy Processed by Thermomechanical Treatment, Mater. Sci. Eng. A., 2023, vol. 867, p. 144716. DOI: 10.1016/j.msea.2023.144716
37. Елагин, В.И., Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами, Москва: Металлургия, 1975.
38. Елагин, В.И., Пути развития высокопрочных и жаропрочных алюминиевых сплавов в ХХI столетии, МиТОМ, 2007, № 9, с. 3-11.
39. Елагин, В.И., История, успехи и проблемы легирования алюминиевых сплавов переходными металлами, ТЛС, 2004, № 3, с. 6-29.
40. Buranova, Yu., Kulitskiy, V., Peterlechner, M., Mogucheva, A., Kaibyshev, R., Divinski, S.V., and Wilde, G., Al3(Sc, Zr)-Based Precipitates in Al-Mg Alloy: Effect of Severe Deformation, Acta Mater., 2017, vol. 124, pp. 210-224. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.10.064
41. Avtokratova, E.V., Sitdikov, O.Sh., Latypova, O.E., Markushev, M.V., Linderov, M.L., Merson, D.L., and Vinogradov, A.Yu., Effect of Precipitates on Static and Fatigue Strength of a Severely Forged Aluminum Alloy 1570С, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., 2018, p. 12038. DOI: 10.1088/1757-899x/447/1/012038
42. Ситдиков, О.Ш., Автократова, Е.В., Мухаметдинова, О.Э., Гарипова, Р.Н., Маркушев, М.В., Влияние размера выделений Al3(Sc, Zr) на структуру всесторонне изотермически кованого Al-Mg-Sc-Zr сплава, ФММ, 2017, т. 118, № 12, с. 1290-1299. DOI: 10.7868/S0015323017120075
43. Markushev, M.V., Avtokratova, Е.V., Krymskiy, S.V., Sitdikov, О.Sh., and Tereshkin, V.V., Structural Aspects of Static Strength in Cryorolled High-Strength Aluminum Alloy Sheet Processed from Isothermally Forged Ingot, Russ. Phys. J., 2024, vol. 67, no. 10, pp. 1509-1516. DOI: 10.1007/s11182-024-03275-1
44. Armstrong, R.W., Grain Size and Their Importance to Polycrystal Mechanical Properties, Trans. Inst. Met., 1986, vol. 39, no. 4, pp. 85-97. DOI: 10.1016/b0-08-043152-6/01258-4
45. Rabinovich, M.Kh. and Markushev, M.V., Influence of Fine-Grained Structure and Superplastic Deformation on the Strength of Aluminium Alloys-Part 1. The Phenomenology of the Influence of Fine-Grained Structure and Superplastic Deformation on the Strength of Aluminium Alloys, J. Mater. Sci., 1995, vol. 30, no. 18, pp. 4692-4702. DOI: 10.1007/BF01153080
46. Rabinovich, M.Kh. and Markushev, M.V., Influence of Fine-Grained Structure and Superplastic Deformation on the Strength of Aluminium Alloys-Part 2. The Physical Nature of the Influence of Fine-Grained Structure on the Strength of Aluminium Alloys, J. Mater. Sci., 1996, vol. 31, no. 18, pp. 4997-5001. DOI: 10.1007/BF00355893
47. Рабинович, М.Х., Маркушев, М.В., Влияние размера зерна на трещиностойкость алюминиевых сплавов, МиТОМ, 1994, № 8, c. 25-29.
48. Валиев, Р.З., Корзников, А.В., Мулюков, P.P., Структура и свойства субмикрозернистых материалов, ФММ, 1992, № 4, c. 71-94.
49. Сегал, В.М., Резников, В.И., Копылов, В.И., и др., Процессы пластического структурообразования металлов, Минск: Навука i технiка, 1994.
50. Segal, V.M., Materials Processing by Simple Shear, Mater. Sci. Eng. A., 1995, vol. 197, pp. 157-164. DOI: 10.1016/0921-5093(95)09705-8
51. Валиев, Р.З., Александров, И.В., Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства, Москва: Академкнига, 2007.
52. Valiev, R.Z., Zhilyaev, A.P., Langdon, T.G., Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications, Hoboken, NJ, USA: Wiley/TMS, 2014. DOI: 10.1002/9781118742679
53. Lowe, Т. and Zhu, Y.T., Commercialization of Nanostructured Metals Produced by Severe Plastic Deformation Processing, Adv. Eng. Mater., 2003, vol. 5, no. 5, pp. 373-378. DOI: 10.1002/adem.200310076
54. Мулюков, Р.Р., Имаев, Р.М., Назаров, А.А., Имаев, В.М. и др., Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: эксперимент, теория, технологии, Москва: Наука, 2014.
55. Rosochowski, A., Processing Metals by Severe Plastic Deformation, Sol. State Phenom., 2005, vol. 101-102, pp. 13-22. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.101-102.13
56. Маркушев, М.В., К вопросу об эффективности некоторых методов интенсивной пластической деформации, предназначенных для получения объемных наноструктурных материалов, Письма о материалах, 2011, № 1, c. 36-42. DOI: 10.22226/2410-3535-2011-1-36-42
57. Humphreys, F.J., Prangnell, P.В., Bowen, J.R., Gholinia, A., and Harris, C., Development Stable Fine-Grain Structures by Large Strain Deformation, Trans. Royal Soc. A., 1999, vol. 357, pp. 1663-1680. DOI: 10.1098/rsta.1999.0395
58. Sitdikov, O., Avtokratova, E., Latypova, O., and Markushev, M., Structure, Strength and Superplasticity of Ultrafine-Grained 1570С Aluminum Alloy Subjected to Different Thermomechanical Processing Routes Based on Severe Plastic Deformation, Trans. Nonfer. Met. Soc. Chin., 2021, vol. 31(4), pp. 887-900. DOI: 10.1016/S1003-6326(21)65547-4
59. Edalati, K., Bachmaier, A., Beloshenko, V.A., et al., Nanomaterials by Severe Plastic Deformation: Review of Historical Developments and Recent Advances, Mater. Res. Lett., 2022, vol. 10, p. 163. DOI: 10.1080/21663831.2022.2029779
60. Ma, E., Eight Routes to Improve the Tensile Ductility of Bulk Nanostructures Metals and Alloys, JOM, 2006, no. 4, pp. 49-53. DOI: 10.1007/s11837-006-0215-5
61. Mаркушев, M.В., Мурашкин, М.Ю., Механические свойства субмикрокристаллических алюминиевых сплавов, полученных интенсивной пластической деформацией с использованием углового прессования, ФММ, 2000, т. 90, № 5, с. 506-515.
62. Orlova, T.S., Sadykov, D.I., Danilov, D.V., Enikeev, N.A., and Murashkin, M.Yu., Ultrafine-Grained Al-Cu-Zr alloy with High-Strength and Enhanced Plasticity, Mater. Lett., 2021, vol. 303, p. 130490. DOI: 10.1016/j.matlet.2021.130490
63. Sabirov, I., Murashkin, M.Yu., and Valiev, R.Z., Nanostructured Aluminium Alloys Produced by Severe Plastic Deformation: New Horizons in Development, Mater. Sci. Eng. A., 2013, vol. 560, pp. 1-24. DOI: 10.1016/j.msea.2012.09.020
64. Estrin, Y. and Vinogradov, A., Extreme Grain Refinement by Severe Plastic Deformation: A Wealth of Challenging Science, Acta Mater., 2013, vol. 61, no. 3, pp. 782-817. DOI: 10.1016/j.actamat.2012.10.038
65. Маркушев, М.В., Мурашкин, М.Ю., Структура и свойства алюминиевого сплава 1560 после интенсивной пластической деформации угловым прессованием и прокаткой, Материаловедение, 2004, № 8, c. 38-42.
66. Markushev, M.V. and Vinogradov, A.V., Room Temperature Mechanical Properties of Submicrocrystalline Commercial Aluminum Alloys Processed by Severe Plastic Deformation, in Severe Plastic Deformation: Towards Bulk Production of Nanostructured Materials, Burhanettin, A., Ed., USA: Nova Sci. Publ., 2006, pp. 233-247.
67. Avtokratova, E., Sitdikov, O., Latypova, O., and Markushev, M., Effect of the Bimodal Structure Processed by ECAP and Subsequent Rolling on Static Strength and Superplasticity of Al-Mg-Sc-Zr Alloy, Facta Univ. Mech. Eng., 2020, vol. 18, no 2, pp. 255-267. DOI: 10.22190/FUME200601023A
68. Wang, D., Huang, Sh., Yi, Y., He, H., and Li, C., Effects of Cryogenic Deformation on the Microstructure and Mechanical Properties of High-Strength Aluminum Alloys, Mater. Charact., 2022, vol. 187, p. 111831. DOI: 10.1016/j.matchar.2022.111831
69. Ситдиков, О.Ш., Автократова, Е.В., Крымский, С.В., Ильясов, Р.Р., Маркушев, М.В., Микроструктура и механические свойства сплава Al-Mg-Sc-Zr, подвергнутого интенсивной деформации ковкой и прокаткой, Неорганические материалы, 2021, т. 57, № 1, с. 106-116. DOI: 10.31857/S0002337X21010139
70. Хоникомб, Р., Пластическая деформация металлов, Москва: Мир, 1972.
71. Маркушев, М.В., О принципах деформационных методов измельчения зерен алюминиевых сплавов до ультрамелких размеров. 2. Ультрамелкозернистые сплавы, ФММ, 2009, т. 108, № 2, с. 169-179.
72. Markushev, M.V., Avtokratova, E.V., Krymskiy, S.V., and Sitdikov, O.Sh., Effect of Precipitates on Nanostructuring and Strengthening of High-Strength Aluminum Alloys under High Pressure Torsion, J. Alloys Compd., 2018, vol. 743, pp. 773-779. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.02.047
73. Markushev, M.V., Avtokratova, E.V., and Sitdikov, O.Sh., Effect of the Initial State on Nanostructuring and Strengthening of Middle and High-Strength Age-Hardenable Aluminum Alloys under Severe Plastic Deformation, Lett. Mater., 2017, vol. 7, no. 4(28), р. 459-464. DOI: 10.22226/2410-3535-2017-4-459-464
74. Markushev, M.V., Burdastykh, Y.L., Krymskiy, S.V., and Sitdikov, O.S., Effect of Secondary Phases on Nanostructuring and Hardness of Severely Deformed High-Strength Aluminum Alloy, Lett. Mater., 2017, vol. 7(2), pp. 101-104. DOI: 10.22226/2410-3535-2017-2-101-104
75. Маркушев, М.В., Автократова, Е.В., Бурдастых, Ю.Л., Крымский, С.В., Ситдиков, О.Ш., Влияние предварительной термообработки на структуру и прочность высокопрочного алюминиевого сплава, подвергнутого кручению до различных степеней под высоким давлением, Письма о материалах, 2020, т. 10, № 4, с. 517-522. DOI: 10.22226/2410-3535-2020-4-517-522
76. Zhilyaev, А.P. and Langdon, T.G., Using High-Pressure Torsion for Metal Processing: Fundamentals and Applications, Prog. Mater. Sci., 2008, vol. 53, no. 6, pp. 893-979. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2008.03.002
77. Sitdikov, O., Krymskiy, S., Markushev, M., Avtokratova, E., and Sakai, T., Effect of Heat Treatment on Nanostructuring in High-Strength Aluminum Alloy by Severe Plastic Deformation, Rev. Adv. Mater. Sci., 2012, vol. 31, no. 1, pp. 62-67.
78. Sitdikov, O.Sh., Avtokratova, E.V., Zagitov, R.R., Krymskiy, S.V., Latypova, O.E., and Markushev, M.V., Structure and Mechanical Properties of Cast Al-5%Mg-Sc-Zr Alloy Subjected to Cryogenic Deformation, Russ. Phys. J., 2024, vol. 67, no. 10, P. 1501-1508. DOI: 10.1007/s11182-024-03274-2
79. Крымский, С.В., Никифорова, Д.К., Мурашкин, М.Ю., Маркушев, М.В., Влияние кручения под высоким давлением на первичные фазы высокопрочного алюминиевого сплава, Перспективные материалы, 2011, № 12, с. 387-391.
80. Маркушев, М.В., Автократова, Е.В., Ильясов, Р.Р., Крымский, С.В., Ситдиков, О.Ш., Влияние старения на наноструктурирование и прочность алюминиевого сплава Д16, Деформация и разрушение материалов, 2018, № 2, с. 32-37.
81. Krymskiy, S., Sitdikov, O., Avtokratova, E., and Markushev, M., 2024 Aluminum Alloy Ultrahigh-Strength Sheet due to Two-Level Nanostructuring under Cryorolling and Heat Treatment, Trans. Nonferr. Met. Soc. China, 2020, vol. 30, no. 1, pp. 14-26. DOI: 10.1016/S1003-6326(19)65176-9
82. Маркушев, М.В., Автократова, Е.В., Ильясов, Р.Р., Крымский, С.В., Ситдиков, О.Ш., Эффект предварительного и повторного старения на наноструктурирование и упрочнение интенсивно деформированного алюминиевого сплава Д16, Физика и механика материалов, 2017, т. 33, № 1, с. 113-123.
83. Markushev, M.V., Avtokratova, E.V., Ilyasov, R.R., Krymskiy, S.V., Khazgalieva, A.A., and Sitdikov, O.Sh., Effect of Aging on Structure and Strength of High-Pressure Torsion Processed 2024 Aluminum Alloy, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., 2018, p. 12008. DOI: 10.1088/1757-899x/447/1/012008
84. Markushev, M., Krymskiy, S., Avtokratova, E., Ilyasov, R., and Sitdikov, O., Effect of S-Phase Precipitates on Deformation Nanostructuring and Hardening of 2xxx Aluminum Alloy, AIP Conf. Proc., 2017, vol. 1909(1), p. 020133. DOI: 10.1063/1.5013814
85. Yidong Zhang, Y., Jina, S., Trimby, P., Lia, X., Murashkin, M., Valiev, R., and Sha, G., Strengthening Mechanisms in an Ultrafine-Grained AlZnMgCu Alloy Processed by High Pressure Torsion at Different Temperatures, Mater. Sci. Eng. A., 2019, vol. 752, pp. 223-232. DOI: 10.1016/j.msea.2019.02.094
86. Sha, G., Wang, Y.B., Liao, X.Z., Duan, Z.C., Ringer, S.P., and Langdon, T.G., Influence of Equal-Channel Angular Pressing on Precipitation in an Al-Zn-Mg-Cu Alloy, Acta Mater., 2009, vol. 57, pp. 3123-3132. DOI: 10.1016/j.actamat.2009.03.017
87. Yu, Z., Jin, S., Feng, M., Murashkin, M.Yu., Valiev, R.Z., Ringer, S.P., and Sha, G., Temperature-Dependent-Composition of η Phase in an Al-Zn-Mg-Cu Alloy under High Pressure Torsion: Kinetics and Thermodynamics, Acta Mater., 2022, vol. 237, p. 118181. DOI: 10.1016/j.actamat.2022.118181
88. Brodova, I.G., Shirinkina, I.G., Petrova, A.N., Antonova, O.V., and Pilyugin, V.P., Evolution of the Structure of V95 Aluminum Alloy upon High-Pressure Torsion, Phys. Met. Metallogr., 2011, vol. 111, no. 6, pp. 630-638. DOI: 10.1134/S0031918X11050036
89. Markushev, M.V., Avtokratova, E.V., Krymskiy, S.V., Tereshkin, V.V., and Sitdikov, O.Sh., Effect of HPT Straining and Further Natural Aging on the Structure and Hardness of Aluminum Alloy 1965 with Nanosized TM Aluminides, Lett. Mater., 2022, vol. 12, no. 4(48), pp. 463-468. DOI: 10.22226/2410-3535-2022-4-463-468
90. Lewandowska, M. and Kurzydyowski, K.J., Thermal Stability of a Nanostructured Aluminium Alloy, Mater. Charact., 2005, vol. 55, pp. 395-401. DOI: 10.1016/j.matchar.2005.08.005
91. Liang, N. and Zhao, Y., A Review on Thermal Stability of Nanostructured Materials, J. Alloys Compd., 2023, vol. 938, p. 168528. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.168528
92. Azarniya, A., Karimi Taheri, A., and Karimi Taheri, K., Recent Advances in Ageing of 7xxx Series Aluminum Alloys: A Physical Metallurgy Perspective, J. Alloys Compd., 2019, vol. 781, pp. 945-983. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.11.286
93. Österreicher, J.A., Grabner, F., and Schlögl, C.M., Two Step-Ageing of 7xxx Series Alloys with an Intermediate Warm-Forming Step, J. Mater. Res. Technol., 2021, vol. 12, pp. 1508-1515. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.03.062
94. Chen, J.F., Zhen, L., Jiang, J.T., Yang, L., Shao, W.Z., and Zhang, B.Y., Microstructures and Mechanical Properties of Age-Formed 7050 Aluminum Alloy, Mater. Sci. Eng. A., 2012, vol. 539, pp. 115-123. DOI: 10.1016/j.msea.2012.01.067
95. Hu, L., Zhan, L., Liu, Z., and Shen, R., The Effects of Pre-Deformation on the Creep Aging Behavior and Mechanical Properties of Al-Li-S4 Alloys, Mater. Sci. Eng. A., 2017, vol. 703, pp. 496-502. DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.068
Выпуск
Другие статьи выпуска
Исследование распространения волн в сложных структурах, состоящих из различных материалов и имеющих разные условия на границе раздела, представляет большую важность во многих областях, таких как геофизика, неразрушающий контроль и сенсорные технологии. Горизонтально поляризованные сдвиговые волны распространяются в направлении нормали к поверхности среды. Поведение волн зависит от свойств материала, характера сцепления слоев и граничных условий. Для внутренних областей Земли характерна неоднородность, наличие напряжений и неидеального сцепления между слоями. В связи с этим настоящее исследование посвящено детальному изучению распространения нормальных горизонтально поляризованных поперечных волн в структуре сложной геометрии, состоящей из неоднородного слоя, лежащего на предварительно напряженном основании. Поскольку достичь идеального контакта между материалами с различными свойствами практически невозможно, сцепление между слоем и подложкой считается неидеальным. Для моделирования неидеальной границы раздела задавали различные условия, среди которых дислокационные, силовые и пружинные. Помимо условий на границе раздела вводили граничные условия на свободной поверхности слоя (свободная или жестко закрепленная граница). Для каждого сценария получены аналитические дисперсионные соотношения. Влияние различных параметров, таких как неоднородность, начальное напряжение, толщина слоя, дефекты и коэффициенты скачков, на распространение нормальных горизонтально поляризованных волн представлено в графическом виде.
Снижение удароопасности угольных пластов, склонных к внезапным выбросам породы и газа, является одной из ключевых проблем в области обеспечения геодинамической безопасности ведения горных работ. В работе представлена математическая модель гидроразрыва пород кровли как одного из ключевых методов снижения удароопасности. В качестве выемочного участка рассмотрены особенности строения свиты вмещающих пород пласта 3 шахты Алардинская Кондомского месторождения Кузнецкого угольного бассейна. На основе трехмерного конечно-разностного анализа с привлечением подхода континуальной механики накопления повреждений в работе выполнен анализ влияния расстояния между скважинами гидроразрыва на формирование эффективной сети трещин в труднообрушаемой кровле. Показано, что с изменением начального расстояния между скважинами гидроразрыва изменяется не только время формирования эффективной сети трещин, но и характер изменения расстояния между смежными областями накопленных повреждений. Проведение гидроразрыва пород кровли из забоя имеет благоприятное влияние на редуцирование опорного давления и снижение удароопасности.
Проведено исследование влияния малоцикловой усталости при повышенных температурах на микроструктуру новой 10% Cr стали с низким содержанием азота и высоким содержанием бора, дополнительно легированной кобальтом, вольфрамом, молибденом и рением. После термической обработки реечная структура троостита отпуска с высокой плотностью дислокаций как внутри реечного пространства, так и в границах мартенситных реек стабилизирована частицами зернограничных карбидов М23С6 и М6С, а также карбонитридами NbX, равномерно распределенными в объеме матрицы. Средняя ширина мартенситных реек составляла 380 нм, а плотность свободных дислокаций внутри реечного пространства - 1.4 ∙ 1014 м-2. При малоцикловой усталости с увеличением амплитуды деформации от 0.2 до 1 % количество циклов до разрушения снижается на ~2 порядка, при этом вклад пластической составляющей деформации существенно увеличивается. Максимальное разупрочнение (24 %) наблюдается при температуре 650 °С и амплитуде деформации 0.6 % в середине количества циклов нагружения. После испытаний на малоцикловую усталость в структуре исследуемой стали обнаружены мелкие рекристаллизованные зерна, свободные от искажений решетки. Более того, реечная структура стали начинает трансформироваться в субзеренную структуру, при этом ширина реек и размер субзерен зависят от амплитуды деформации. Плотность свободных дислокаций практически не меняется с увеличением амплитуды деформации по сравнению с исходным состоянием, при этом плотность дислокаций в границах мартенситных реек существенно снижается с увеличением амплитуды деформации за счет снижения протяженности границ мартенситных реек. Фрактография изломов показала, что при обеих повышенных температурах испытания на малоцикловую усталость оксидные частицы выступают в качестве источников зарождения трещин.
Биосовместимые магниевые сплавы являются перспективными для применения в качестве материалов для изготовления биорезорбируемых имплантатов. Данная работа посвящена определению рациональных режимов равноканального углового прессования (РКУП) сплава Mg-8.6Zn-1.2Zr с целью формирования структурного состояния, обеспечивающего высокие характеристики прочности и коррозионной стойкости. Установлено, что один проход РКУП при температуре 400 °С позволяет достичь заметного прироста предела прочности (до 330 МПа), однако при этом ухудшается коррозионная стойкость. Анализ вкладов в предел текучести показал, что даже при высокой температуре 400 °С вклад от дислокационного упрочнения соизмерим с вкладом от измельчения зеренной структуры. Иммерсионные испытания свидетельствуют о том, что после первого прохода РКУП при 400 °С скорость коррозии в растворе Рингера достигает 9 мм/год. Было предложено провести дополнительно второй проход РКУП со снижением температуры до 250 °С, что в результате позволило сохранить предел прочности на уровне 325 МПа и поднять коррозионную стойкость до уровня, соответствующего исходному отожженному состоянию, с величиной скорости коррозии 6 мм/год. EBSD-исследования позволяют связать такое поведение с увеличением в структуре количества специальных границ типа Σ13a, Σ15b, Σ17a после второго прохода цикла РКУП.
В ряде случаев полимерные композитные материалы могут демонстрировать существенно нелинейный характер деформирования. В данной работе была исследована эффективность применения двух относительно простых моделей, учитывающих нелинейный характер деформирования тканевого композита с термореактивной матрицей. В обоих случаях было принято предположение о независимости кривой сдвига от вида напряженного состояния, а также определены границы применимости соответствующего допущения. Представлен простой алгоритм калибровки моделей, не требующий данных о поведении композитов при двухосном нагружении, который позволяет идентифицировать параметры моделей на основе стандартных испытаний на растяжение и сдвиг. Обе модели деформирования были реализованы в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench для детального анализа напряженно-деформированного состояния полимерных композитных материалов при комбинированном нагружении. Верификацию моделей деформирования проводили по результатам испытаний образцов композита c тканевым армированием, вырезанных под различными углами к направлению основы, а также образцов композита с симметричной укладкой ±φ. Было установлено, что предложенные модели деформирования могут предсказывать нелинейный механический отклик тканевых композитов с термореактивной матрицей в условиях комбинированного нагружения с приемлемой точностью при деформациях сдвига до 5 %.
Упругие свойства ряда бинарных сплавов титана Ti-Ме (Ме = V, Nb, Mo, Ta) c объемно-центрированной структурой расчетов с использованием методов точных МТ-орбиталей в приближении когерентной способности. Показано, что константы упругости C 11 и C 12 увеличиваются с концентрацией второго компонента в сплавах β-Ti-Me, хотя последняя слабо зависит от содержания, тогда как C 44 снижается в V и Nb, но это предусмотрено для Мо и Та. Расчет плотностей электронного течения показал, что концентрационное поведение C 11 обусловлено своеобразными химическими связями со следующими соседями, что наиболее выражено при увеличении числа d-электронов данного элемента. Установлено, что для всех изученных бинарных сплавов наименьшие значения модуля Юнга могут быть обнаружены вблизи области нестабильности β-фазы, а также в направлении <100>. С ростом содержания тантала анизотропия модуля Юнга уменьшается, но тогда ее характер сохраняется, как сплавы с V, Nb и Mo, при некоторых основах второго компонента становятся практически изотропными и меняется характер анизотропии. В результате полученные характеристики упругости бинарных титановых сплавов находятся в хороших согласованиях с учетом экспериментальных и теоретических данных.
Природа неустойчивостей пластического течения θи S-типа рассмотрена в рамках концепции автоволн локализованной пластичности. Показано, что в одном и том же материале (АРМКО-железо) возможно возникновение неустойчивости деформации в виде распространения автоволн переключения или возбуждения. Автоволна переключения представляет собой равномерно движущийся при постоянном напряжении фронт локализации деформации, а автоволна возбуждения - такой же фронт, но движущийся с постоянно уменьшающейся скоростью при снижающемся напряжении. Проявление той или другой автоволн определяется температурно-скоростными условиями деформирования. Существует интервал низких температур, когда независимо от скорости деформирования реализуется только автоволна переключения, а скорость деформационного фронта экспоненциально растет с ростом деформирующего напряжения. При повышенных температурах возможно формирование автоволны возбуждения, когда происходит скачкообразное движение деформационного фронта в моменты спада деформирующего напряжения. Скорость фронта в таких условиях зависит от напряжения линейно. Показано, что скорости деформационных фронтов всегда определяются скоростями локальных деформаций на их фронтах. Установлено, что автоволна переключения (неустойчивость θ-типа) контролируется термически активируемым движением дислокаций, а автоволна возбуждения (неустойчивость S-типа) - вязким (надбарьерным) движением.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - термопластичный высокоэффективный полимер, востребованный в биомедицине, судои машиностроении, производстве антропоморфных роботов и умных протезов. Высокоориентированные волокна на основе СВМПЭ обладают рекордной удельной прочностью и могут быть использованы для изготовления самоармированных полимерных композитов. Исследование эволюции при нагреве супрамолекулярной структуры СВМПЭ с помощью рентгеновского рассеяния позволяет прояснить механизмы, реализуемые при термомеханической деформации, в том числе при проявлении эффекта памяти формы. В данной работе лабораторная установка рентгеновского рассеяния XENOCS XEUSS 3.0 была использована для анализа наноструктуры в однонаправленном самоармированном полимерном композите на основе СВМПЭ. Были определены температурные зависимости радиуса инерции вращения и размерного фактора. Было определено, что значительные изменения этих параметров происходят в температурных диапазонах, соответствующих началу проявления эффекта памяти формы (снизу) и температуры плавления (сверху). Рассмотрена связь между анизотропной супрамолекулярной структурой материала и эволюцией двумерных диаграмм малоуглового рентгеновского рассеяния.
В настоящей работе впервые проведено исследование влияния дополнительной деформационно-термической обработки, включающей отжиг при 150 или 230 °С и дополнительную деформацию кручением под высоким давлением при комнатной температуре на 0.25 оборота, на микроструктуру, механические свойства и электропроводность сплава Al-1.17Mg-0.33Zr (мас. %) проводникового назначения в ультрамелкозернистом состоянии, предварительно сформированном обработкой кручением под высоким давлением при комнатной температуре. Показано, что дополнительная деформационно-термическая обработка при обеих температурах отжига приводит к проявлению в материале эффекта пластификации - значительному увеличению пластичности (на порядок и более) при сохранении высокой прочности на уровне 80 % от прочности сплава в состоянии до обработки. Проведено сравнение полученного эффекта с таковым для ультрамелкозернистых сплавов Al-Mg-Zr с меньшей концентрацией магния. Показано, что в результате применения деформационно-термической обработки (отжига при 150 °С и дополнительной деформации кручением под высоким давлением на 0.25 оборота) величина достигнутой пластичности уменьшается, а прочность повышается с увеличением концентрации Mg от ~0.5 до ~1.2 мас. %. Ультрамелкозернистый сплав Al-1.17Mg-0.33Zr демонстрирует более высокую термостабильность по сравнению с ультрамелкозернистыми сплавами Al-Mg-Zr с меньшим содержанием Mg. Это позволило при реализации деформационно-термической обработки использовать более высокую температуру отжига (230 °С). Установлено, что деформационно-термическая обработка, включающая отжиг при 230 °С и деформацию кручением под высоким давлением на 0.25 оборота, обеспечивает достижение наилучшего сочетания прочности (предела текучести ~380 МПа, предела прочности ~475 МПа) и пластичности (удлинения до разрушения 9 %, равномерной деформации 4 %), которое не уступает коммерческим сплавам Al-Mg с содержанием магния ~4 % после традиционной упрочняющей обработки или обработки, включающей равноканальное угловое прессование. Физические причины достижения такой комбинации свойств анализируются в сопоставлении с микроструктурными изменениями, происходящими в процессе деформационно-термической обработки.
Издательство
- Издательство
- ИФПМ СО РАН
- Регион
- Россия, Томск
- Почтовый адрес
- 634055 г. Томск, пр. Академический, д. 2/4
- Юр. адрес
- 634055, Томская обл, г Томск, Академический пр-кт, д 2/4
- ФИО
- Колубаев Евгений Александрович (ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- root@ispms.tomsk.ru
- Контактный телефон
- +7 (382) 2491881
- Сайт
- http:/www.ispms.ru