АНИЗОТРОПИЯ ЭНЕРГИИ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ПЛАСТИНЧАТЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ
- Авторы: Лисовенко Д.С.1, Епишин А.И.2
-
Учреждения:
- Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
- Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
- Выпуск: № 6 (2023)
- Страницы: 136-154
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/1026-3519/article/view/231738
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0572329923600524
- EDN: https://elibrary.ru/BNGLGT
- ID: 231738
Цитировать
Аннотация
Получено аналитическое решение для остаточных напряжений и их энергии в упруго анизотропной двухкомпонентной пластинчатой структуре, где компоненты имеют идентичный тип упругой анизотропии, одинаковые или пропорциональные упругие константы и совпадающие главные оси упругой анизотропии. Полученное решение применено для анализа анизотропии упругой энергии таких кристаллических структур как рафт-структура γ/γ' монокристаллических никелевых жаропрочных сплавов, многослойных эрозионностойких нанопокрытий ZrN/CrN и однослойных покрытий различного типа. Показано, что фактор минимизации упругой энергии остаточных напряжений оказывает существенное влияние на кристаллографическую ориентацию интерфейса в многослойных структурах и направление оси ростовой текстуры покрытий.
Об авторах
Д. С. Лисовенко
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва
А. И. Епишин
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.epishin2021@gmail.com
Россия, Черноголовка
Список литературы
- Tabatabaeian A., Ghasemi A.R., Shokrieh M.M. et al. Residual stress in engineering materials: A review // Adv. Eng. Mater. 2022. V. 24. № 3. P. 2100786. https://doi.org/10.1002/adem.202100786
- Wang X., Zurob H.S., Xu G. et al. Influence of microstructural length scale on the strength and annealing behavior of pearlite, bainite, and martensite // Metall. Mater. Trans. A. 2013. V. 44. P. 1454–1461. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1501-1
- Appel F., Clemens H., Fischer F. Modeling concepts for intermetallic titanium aluminides. Prog. Mater. Sci. 2016. V. 81. P. 55–124. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.01.001
- Svetlov I.L., Kuzmina N.A., Neiman A.V. et al. Effect of the rate of solidification on the microstructure, phase composition, and strength of Nb/Nb5Si3 in-situ composites // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2015. V. 79. P. 1146–1150. https://doi.org/10.3103/S1062873815090245
- Muboyadzhyan S.A., Aleksandrov D.A., Gorlov D.S. Ion-plasma erosion-resistant nanocoatings based on metal carbides and nitrides // Russ. Metall. 2010. V. 2010. P. 790–799. https://doi.org/10.1134/S0036029510090077
- Epishin A., Link T., Bruckner U., Portella P.D. Evolution of the γ/γ'-microstructure during high temperature creep of a nickel-base superalloy // Acta Mater. 2000. V. 48. P. 4169–4177. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00197-X
- Епишин А.И., Лисовенко Д.С. Экстремальные значения коэффициента Пуассона кубических кристаллов // ЖТФ. 2016. Т. 86. № 10. С. 74–82.
- Harris K., Erickson G.L., Sikkenga S.L. et al. Development of the rhenium containing superalloys CMSX-4 & CM 186 LC for single crystal blade and directionally solidified vane applications in advanced turbine engines // Superalloys. 1992. Warrendale, PA: TMS. P. 297–306. https://doi.org/10.7449/1992/Superalloys_1992_297_306
- Epishin A., Link T., Brückner U. Microstructural stability of CMSX-4 and CMSX-10 under high temperature creep conditions. Materials for Advanced Power Engineering, FZ Jülich, 2006, P. 507–520.
- Epishin A., Fedelich B., Finn M., Künecke G., Rehmer B., Nolze G., Leistner C., Petrushin N., Svetlov I. Investigation of elastic properties of the single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 in the temperature interval between room temperature and 1300°C // Crystals. 2021. V. 11. P. 152. https://doi.org/10.3390/cryst11020152
- Glatzel U. Microstructure and internal strains of undeformed and creep deformed samples of a nickel-base superalloy. Berlin.: Verlag Dr. Köster, 1994. 80 p.
- Chen X.-J., Struzhkin V.V., Wu Z. et al. Hard superconducting nitrides // PNAS USA. 2005. V. 102. № 9. P. 3198–3201. https://doi.org/10.1073/pnas.0500174102
- Antonov V., Iordanova I. First principles study of crystallographic structure and elastic properties of chromium // AIP Conf. Proc. 2010. V. 1203. P. 1149–1154. https://doi.org/10.1063/1.3322328
- Samim P.M., Fattah-alhosseini A., Elmkhah H., Imantalab O. Nanoscale architecture of ZrN/CrN coatings: microstructure, composition, mechanical properties and electrochemical behavior // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 15. P. 542–560. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.08.018
- McKenzie D.R., Yin Y., McFall W.D., Hoang N.H. The orientation dependence of elastic strain energy in cubic crystals and its application to the preferred orientation in titanium nitride thin films // J. Phys.: Condens. Matter. 1996. V. 8. P. 5883–5890. https://doi.org/10.1088/0953-8984/8/32/008
- Betsofen S.Y., Ashmarin A.A., Petrov L.M., Grushin I.A., Lebedev M.A. Effect of the ion-plasma process parameters on the texture and properties of TiN and ZrN coatings // Russ. Metall. 2021. V. 2021. P. 1238–1244. https://doi.org/10.1134/S0036029521100037
- Second and higher order elastic constants // Ed. by D.F. Nelson. Springer, 1992. V. 29a of Landolt-Börnstein – Group III Condensed Matter. https://doi.org/10.1007/b44185
- Kim J.O., Achenbach J.D., Mirkarimi P.B. et al. Elastic constants of single crystal transition metal nitride films measured by line focus acoustic microscopy // J. Appl. Phys. 1992. V. 72. P. 1805–1811. https://doi.org/10.1063/1.351651
- Sampath S., Herman H. Rapid solidification and microstructure development during plasma spray deposition // J. Therm. Spray Technol. 1996. V. 5. P. 445–456. https://doi.org/10.1007/BF02645275
- Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий, М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. 296 с.
- Гончаров О.Ю., Ильин И.А., Титоров Д.Б., Титорова Д.В. Текстуры покрытий молибдена, тантала и борида гафния, полученных химическим газофазным осаждением // Перспективные материалы. 2008. № 4. С. 69–73.
- Kirchlechner C., Martinschitz K.J., Daniel R. et al. Residual stresses and thermal fatigue in CrN hard coatings characterized by high-temperature synchrotron X-ray diffraction // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 8. P. 2090–2096. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.08.011
- Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977. 416 с.
- Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов, М.: Мир, 1970. 443 с.
- Голдстейн Г. Классическая механика. М.: Гостехиздат, 1957. 408 с.