Том 124, № 6 (2023)
Статьи
Информация для авторов
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
Аморфные сплавы системы Fe–Co–Cr–B–Si для разработки наноструктурированных магнитотвердых материалов
Аннотация
Работа посвящена исследованию возможности получения магнитотвердых материалов при кристаллизации аморфных сплавов системы Fe–Co–Cr–B–Si. Проведен анализ влияния содержания бора в сплавах на их стеклообразующую способность. Проанализированы структура и фазовые превращения в сплавах при нагреве с использованием методов рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии. Установлены закономерности влияния фазового состава на магнитные свойства сплавов. Показано, что формирование нанодисперсной эвтектической структуры [α + (Fe, Cr)3B] при кристаллизации аморфной матрицы является перспективным для создания новых магнитотвердых материалов.
СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
Структура литого интерметаллического соединения Al2Au с добавкой Cu
Аннотация
Смесь порошков интерметаллида Al2Au и меди была скомпактирована и затем расплавлена в атмосфере аргона с получением слитка Al2Au + Cu. Изучение структуры сплава выявило формирование ярко окрашенных областей интерметаллической фазы Al2Au, которые находятся в матрице из интерметаллида AlAu. Внутри AlAu-матрицы обнаружены тонкие прожилки, обогащенные медью. Измерены оптические характеристики полученного тройного соединения. Проведено микроиндентирование интерметаллических фаз, определены значения их микротвердости и контактного модуля упругости.
Нелинейные эффекты в кристаллических твердых телах c насыщением амплитудно-зависимого внутреннего трения, уменьшающимся с ростом частоты
Аннотация
В результате модификации квазистатических упругого и неупругого гистерезисов предложены динамические гистерезисные уравнения состояния кристаллических твердых тел с частотно-зависимым насыщением амплитудно-зависимого внутреннего трения, уменьшающимся с ростом частоты. Методом возмущений исследовано нелинейное распространение первоначально гармонических продольных упругих волн в стержнях из таких материалов. Проведен численный, графический и сравнительный анализ полученных решений и выявлены характерные амплитудно-частотные зависимости нелинейных волновых эффектов. Предложена методика определения вида динамических гистерезисов для кристаллических твердых тел с частотно-зависимым насыщением амплитудно-зависимого внутреннего трения.
Зернограничная диффузия 57Co в ультрамелкозернистом ниобии, полученном интенсивной пластической деформацией
Аннотация
Методом послойного радиометрического анализа исследована зернограничная диффузия Co в ультрамелкозернистом Nb, полученном интенсивной пластической деформацией методом кручения под высоким давлением. Определены значения коэффициента зернограничной диффузии для нескольких температур. Показано, что диффузия по границам зерен протекает значительно быстрее, чем в крупнозернистом ниобии с релаксированными границами, что объясняется формированием “неравновесных” границ зерен в процессе интенсивной пластической деформации, которые являются путями сверхбыстрой диффузии. При нагреве в неравновесных границах зерен протекают процессы возврата, вследствие чего их свойства приближаются к свойствам обычных высокоугловых границ в крупнокристаллическом материале.
Исследование термической стабильности литых проводниковых микролегированных алюминиевых сплавов
Аннотация
Исследованы процессы выделения частиц Al3X (X = Zr, Yb, Er, Hf) в литых проводниковых алюминиевых сплавах, в том числе – в сплавах, дополнительно легированных Mg и Si. Сплавы изготовлены методом индукционного литья. Для исследования кинетики выделения частиц использованы методы измерения удельного электросопротивления (УЭС) и микротвердости. Показано, что исследуемые сплавы могут быть разделены на три группы. В Группу I входят сплавы, в которых с повышением температуры отжига происходит уменьшение УЭС, обусловленное выделением частиц. В Группу II входят сплавы, в которых выделение частиц произошло при кристаллизации слитка. Величина УЭС таких сплавов близка к УЭС алюминия. При отжиге сплавов Группы III величина УЭС практически не изменяется и составляет 3.0–3.4 мкОм см, что свидетельствует о высокой стабильности твердого раствора. С использованием уравнения Джонсона–Мела–Аврами–Колмогорова проанализирована кинетика выделения частиц в сплавах Группы I. Установлено, что энергия активации выделения частиц в сплавах Группы I близка к энергии активации объемной диффузии, но значения коэффициента интенсивности распада (n = 0.5–0.8) в уравнении Джонсона–Мела–Аврами–Колмогорова оказываются ниже теоретической величины n = 1.5, характерной для выделения частиц в объеме зерен. Наблюдаемое противоречие связано с наличием крупных первичных или эвтектических частиц Al3X в структуре сплавов. Показано, что оптимальным комплексом свойств обладает сплав Al–0.25% Zr–0.25% Er–0.15% Si, характеристики которого после отжига соответствуют требованиям для разрабатываемых сплавов: УЭС менее 2.95 мкОм см, микротвердость ~550 МПа.
Влияние холодной деформации на структуру, текстуру, упругие и микродюрометрические свойства биосовместимых бета-титановых сплавов на базе системы Ti–Nb–Zr
Аннотация
С использованием расчетных и экспериментальных методик изучено влияние холодной прокатки со степенями 85, 90% на структурно-текстурное состояние, микродюрометрические и упругие свойства закаленных биосовместимых β-сплавов титана (ат. %) Ti–26% Nb–3% Zr, Ti–26% Nb–5% Zr, Ti–26% Nb–6% Zr, Ti–26% Nb–3% Zr–1% Sn, Ti–26% Nb–3% Zr–1% Sn–0.7% Ta. Показано, что повышение степени деформации при холодной прокатке способствует формированию более ярко выраженной двухкомпонентной текстуры {001}β\(\left\langle {110} \right\rangle \)β, {112}β\(\left\langle {110} \right\rangle \)β, росту микротвердости и снижению значений модуля упругости в плоскости прокатки. Установлено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных значений модуля упругости сплавов в закаленном и холоднокатаном состоянии. Рассмотрено влияние легирования и анизотропного состояния сплавов (через молибденовый эквивалент и фактор анизотропии Зенера соответственно) на уровень их микротвердости, контактного модуля упругости E, включая различие E в разных сечениях холоднокатаного листа. Определены составы сплавов и режимы деформации, позволяющие получить наиболее низкие значения модуля упругости.
Систематическое описание термодинамических, упругих и механических свойств бинарных ОЦК сплавов на основе Zr из первых принципов
Аннотация
Эффекты влияния растворения 3d-, 4d- и 5d-металлов, а также Al, In и Sn в ОЦК-решетке Zr были исследованы в рамках теории функционала электронной плотности. С использованием метода EMTO-CPA были рассчитаны параметры решетки, энтальпии смешения, монокристаллические упругие константы С11, С12, С44 и C ', поликристаллические модули упругости E, G, а также характеристики пластичности разупорядоченных ОЦК-сплавов на основе Zr в широком концентрационном диапазоне до 50 ат. %. Методом PAW-SQS проведено исследование эффектов сплавления на указанные свойства ОЦК-сплавов Zr–X, где X – серии 4d-элементов Nb, Mo, Tc, Ru, Rh и 5d элементов Ta, W, Re, Os, Ir для концентрационных срезов 6.25, 25 и 50 ат. %. Проведен анализ концентрационных и периодических зависимостей свойств сплавов, их стабильности.
Микросегрегация легирующих элементов на деформационных дефектах структуры в гранулированном никелевом сплаве
Аннотация
Образцы, вырезанные из заготовки диска отечественного гранулированного никелевого жаропрочного сплава марки ВЖ178П, были испытаны на кратковременную прочность при комнатной температуре и длительную прочность при 750°С. Методом просвечивающей электронной микроскопии показано, что в обоих случаях при пластической деформации сплава образуются дефекты упаковки и микродвойники. В процессе длительных испытаний при 750°С на дефектах упаковки происходит сегрегация легирующих элементов Cr, Со, Mo и W, что приводит сначала к образованию атмосферы Сузуки, а затем к зарождению и росту ТПУ-частиц со стехиометрией (Co, Cr)3(Mo, W).
ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ
Эволюция структуры, текстуры и механических свойств аустенитной нержавеющей стали, подвергнутой холодной радиальной ковке, при последеформационных отжигах
Аннотация
Исследовано влияние температуры отжига на структуру и текстуру, а также механические свойства аустенитной нержавеющей стали 08Х16Н13М2Т, исходно подвергнутой холодной радиальной ковке со степенью 95%. Исследования показали формирование градиента структуры и текстуры ❬111❭ и ❬100❭ аустенита в процессе предварительной пластической деформации. Отжиг при низких температурах (500–600°С) приводит к полигонизациии структуры. Интенсивность текстурных компонент ❬111❭ и ❬100❭ при этом остается без изменений. После отжига при 700°С наблюдается начало рекристаллизации только в подповерхностных слоях прутка. В результате отжига при 800–900°С протекают процессы статической рекристаллизации по всему сечению прутка, что вызывает размытие текстурного градиента. Отжиг при температурах 400–600°С сопровождается повышением характеристик прочности и твердости, однако при этом наблюдается рост пластичности с увеличением температуры отжига. Отжиг при 700°С приводит к разупрочнению материала практически до уровня исходного холоднодеформированного состояния и существенному повышению пластичности.
Структура и свойства листов сплавов Al–Zn–Mg–Cu–Zr–Y(Er), легированных марганцем
Аннотация
Исследована структура и свойства прокатанных сплавов Al–Zn–Mg–Cu–Zr–Y(Er), легированных марганцем и модифицированных титаном. По результатам испытаний на растяжение в деформированном и отожженном при 120–150°С в течение одного часа состоянии сплавы AlZnMgCuMnTi и AlZnMgCuMnTiEr имеют высокий предел текучести 417–456 МПа при небольшом относительном удлинении 2–5.2%. Наличие дополнительных диспресоидообразующих элементов иттрия и эрбия повышает плотность выделения частиц в процессе гомогенизационного отжига, повышая температуру начала рекристаллизации и твердость прокатанных сплавов. После одночасового отжига при 350°С структура сплава AlZnMgCuMnTi полностью рекристаллизована, в то время как в сплавах с иттрием и эрбием рекристаллизация только начинается. После закалки с 465°С и старения при 120°С исследуемые сплавы имеют предел текучести более 410 МПа, предел прочности более 520 МПа и относительное удлинение более 10%. Полученные свойства выше чем свойства плакированных листов высокопрочного термоупрочняемого сплава Al–Zn–Mg–Cu (В95А) и прутков сплавов AlZn4.5Mg1.5Mn и AlZnMg1.5Mn и находятся на уровне свойств прутков сплава Al–Zn–Mg–Cu (В95).
Микроструктура и механические свойства сплава системы Al–Mg–Fe–Ni–Zr–Sc после всесторонней изотермической ковки
Аннотация
Исследовано влияние всесторонней изотермической ковки (ВИК) на зеренную структуру и параметры частиц вторых фаз кристаллизационного происхождения и дисперсоидов в сплаве Al–4.9Mg–0.9Ni–0.9Fe–0.2Zr–0.1Sc. Методом конечно-элементного моделирования проведен анализ распределения деформаций по объему образца при ковке в закрытом штампе. Предложен метод учета влияния трения и изменения скорости деформации при построении кривых “напряжение–деформация” по результатам ВИК. Увеличение количества циклов ВИК при температуре 350°С привело к уменьшению среднего размера частиц фаз кристаллизационного происхождения в 2 раза и формированию структуры со средним размером зерен 1.3 ± 0.2 мкм, не изменив параметры дисперсоидов. ВИК обеспечивает повышение предела текучести сплава на 60%, предела прочности на 20%.
Влияние кручения под высоким давлением на структуру и механические свойства сплава Al–Ca–Cu
Аннотация
Для улучшения баланса прочности и пластичности сплава Al–6% Ca–8% Cu (мас. %) применена деформация методом кручения под высоким давлением (КВД) с последующим отжигом. Структура сплава в литом состоянии состояла в основном из двух эвтектик [(Al) + AlCaCu] и [(Al) + (Al,Cu)4Ca + + AlCaCu]. КВД с тремя оборотами приводит к формированию преимущественно субмикрокристаллической структуры, измельчению эвтектических частиц и их более равномерному распределению в объеме образца, сегрегированию кальция из частиц AlCuCa и (Al,Cu)4Ca и пересыщению твердого раствора (Al) медью. Такая структура обеспечивает упрочнение сплава в 3.5 раза, но способствует его охрупчиванию. Последующий отжиг при 400°С позволяет достичь хорошего баланса прочности и пластичности сплава.