СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
- Авторы: Шляровя В.В.1, Серебрякова А.А.1, Аксенова К.В.1, Загуляев Д.В.1
-
Учреждения:
- Сибирский государственный индустриальный университет
- Выпуск: № 4 (2025)
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2304-4497/article/view/380620
- ID: 380620
Цитировать
Аннотация
Проведен анализ влияния постоянных и импульсных магнитных полей различной интенсивности на деформационные характеристики металлических материалов, преимущественно пара- и диамагнетиков. Установлено, что выдержка образцов в магнитных полях с индукцией 0,1 – 0,5 Тл приводит к перераспределению легирующих атомов, ослаблению связи дислокаций с точечными и протяженными дефектами кристаллической решетки, что обуславливает снижение микротвердости материалов на 15 – 25 % по сравнению с исходным состоянием. В области слабых полей (10 – 50 мТл) обнаружена выраженная нелинейная зависимость предела текучести и относительного удлинения от индукции, что указывает на высокую чувствительность макропластических свойств металлов к малым значениям магнитного воздействия. Для сплава Al – Zn – Mg – Cu обработка при поле 1 Тл и в интервале температур 110 – 140 °C способствует снижению критического напряжения сдвига на 10 – 15 % и интенсифицирует процесс нуклеации η′-фазы, что связано с уменьшением межфазной энергии и активацией структурно-кинетических процессов. В титановом сплаве Ti – 6Al – 4V действие поля 2 Тл способствует росту плотности дислокаций до 60 %, увеличению микротвердости на 8 % и относительного удлинения до 13 %, что объясняется участием спинозависимых переходов в механизмах пластической деформации. Воздействие импульсных магнитных полей стимулирует субгранулярную фрагментацию и существенное измельчение зерна, приводя к увеличению пластичности сплавов до 25 %. Полученные данные свидетельствуют о высоком потенциале магнитных полей как управляемого инструмента регулирования кинетики фазовых превращений, динамики дефектов и снижения энергетических барьеров пластического течения, что открывает новые возможности для интеграции магнитной обработки в современные промышленные технологии формоизменения и упрочнения конструкционных материалов различной природы.
Об авторах
Виталий Владиславович Шляровя
Сибирский государственный индустриальный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: shlyarov_vv@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8130-648X
SPIN-код: 5074-3309
Россия
Анна Александровна Серебрякова
Сибирский государственный индустриальный университет
Email: serebryakova_aa@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3979-7777
SPIN-код: 5889-2235
Крестина Владимировна Аксенова
Сибирский государственный индустриальный университет
Email: 19krestik91@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4908-6776
SPIN-код: 2609-7004
Дмитрий Валерьевич Загуляев
Сибирский государственный индустриальный университет
Email: zagulyaev_dv@physics.sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9859-8949
SPIN-код: 9522-4745
Список литературы
- Barman A., Mondal S., Sahoo S., De A. Magnetization Dynamics of Nanoscale Magnetic Materials: A Perspective. Mesoscale and Nanoscale Physics. 2020.
- https://doi.org/10.48550/arXiv.2008.05819
- Tapash Chakraborty. Spin-orbit interaction based spintronics. Encyclopedia of Condensed Matter Physics (Second Edition). 2024:193‒204. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90800-9.00093-7
- Alshits, V., Kotowski, R., Tronczyk, P. Mag-netoplastic Effect in Nonmagnetic Materials. Experimental Studies and Computer Simula-tions. The International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences. 2008;6(4):207‒214.
- https://doi.org/10.3970/icces.2008.006.207
- Покоев А., Осинская Ю., Шахбанова С., Ямщикова К. Магнитопластический эффект в алюминиевых сплавах. Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2018;82:961‒964.
- Pokoev A., Osinskaya J. Manifestation of Magnetoplastic Effect in Some Metallic Al-loys. Defect and Diffusion Forum. 2018;383:180‒184.
- Li G.-R., Wang H., Li P.-S., Gao L.-Z., Peng C.-X., Zheng, R. Mechanism of dislocation kinetics under magnetoplastic effect. Acta Physica Sinica. 2015;64(14):148102.
- Zhang X., Zhao Q., Wang Zh., Cai Zh., Pan J. A study on the room-temperature magnetoplastic effect of silicon and its mechanism. Journal of Physics: Condensed Matter. 2021; 33: 435702.
- Smirnov N. To the Explanation of the Magnetoplastic Effect in Diamagnetic and Paramagnetic Solids. Moscow University Physics Bulletin. 2019;74:453‒458.
- 9.Skvortsov A.A., Pshonkin D.E., Luk’yanov M.N., Rybakova M.R. Influence of permanent magnetic fields on creep and microhardness of iron-containing aluminum alloy. Journal of Materials Research and Technology. 2019;8(3):2481‒2485.
- Sánchez-Alarcos V., Recarte V., Pérez-Landazábal J.I., Gómez-Polo C., Rodríguez -Velamazán J.A. Role of magnetism on the martensitic transformation in Ni–Mn-based magnetic shape memory alloys. Acta Materi-alia. 2012;60(2):459‒468.
- Luo J., Luo H., Liu C., Zhao T., Wang R., Ma Y. Effect of magnetic field on precipitation kinetics of an ultrafine grained Al – Zn – Mg – Cu alloy. Materials Science and Engineering: A. 2020;798:139990.
- Li G.R., Wang F.F., Wang H.M., Cheng J.F. Microstructure and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy Subjected to High Static Magnetic Field. Materials Science Forum. 2017;898:345‒354.
- Li G.R., Li Y.M., Wang F.F., Wang H.M. Microstructure and performance of solid TC4 titanium alloy subjected to the high pulsed magnetic field treatment. Journal of Alloys and Compounds. 2015; 644:750‒756.
- Li G.R., Qin T., Fei A.G., Wang H.M., Zhao Y.T., Chen G., Kai X.Z. Performance and microstructure of TC4 titanium alloy subjected to deep cryogenic treatment and magnetic field. Journal of Alloys and Compounds. 2019;802:50‒69.
- Guo P., Zhao Y., Zeng W., Hong Q. The effect of microstructure on the mechanical properties of TC4 ‒ DT titanium alloys. Materials Science and Engineering: A. 2013;563:106‒111. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.11.033
- Liu, Z. L., Hu, H. Y., Fan, T. Y. Dislocation mechanism of magnetoplasticity. Beijing Li-gong Daxue Xuebao/Transaction of Beijing Institute of Technology. 2007;27(2):113‒115.
- Сейдаметов С.В., Лоскутов С.В., Щетинина М.О. Магнитопластический эффект в условиях испытаний на кинетическое индентирова-ние. Металлофизика и новейшие технологии. 2015:37(5):615‒624.
- Сейдаметов С.В. Лоскутов С.В. Влияние импульсной электромагнитной обработки на структурные перестройки сплава титана ВТ3. Журнал физики и инженерии поверхности. 2016;1(1):4‒8.
- Zhang L., Li W., Yao J.P., Qiu H. Effects of pulsed magnetic field on microstructures and morphology of the primary phase in semisolid A356 Al slurry. Materials Letters. 2012;66(1):190‒92.
- Cheng J., Li G., Wang H., Li P., Li C. Influence of High Pulsed Magnetic Field on the Dislocations and Mechanical Properties of Al2O3/Al Composites. Journal of Materials Engineering and Performance. 2018;27:1083‒1092.
- Fu J.W., Yang Y.S. Microstructure and me-chanical properties of Mg – Al – Zn alloy under a low-voltage pulsed magneticfield. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, China. Materials Letters. 2012;67:252–255.
- Zhang L., Zhou W., Hu P.H., Zhou Q. Microstructural characteristics and mechanical properties of Mg-Zn-Y alloy containing icosahedral quasicrystals phase treated by pulsed magnetic field. Journal of Alloys and Compounds.2016;688:868‒874.
- Li Y.J., Tao W.Z., Yang Y.S. Grain refinement of Al–Cu alloy in low voltage pulsed magnetic field. Journal of Materials Processing Technology. 2012;212:903‒909.
- Ainsworth R.A. Creep Cracking. Comprehensive Structural Integrity. 2007;10:75‒87. https://doi.org/10.1016/B978-008043749-1/00326-7
- Моргунов Р.Б., Валеев Р.А., Скворцов А.А., Ко-ролев Д.В., Пискорский В.П., Куницына Е.И., Кучеряев В.В., Коплак О.В. Магнитопла-стический и магнитомеханический эффекты в алюминиевых сплавах с магнитострикционными микровключениями. Труды ВИАМ. 2019;10:3‒13.
- Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Chapter 86 ‒ Magnetoplastic Effect in Nonmagnetic Crystals, Editor(s): J.P. Hirth, Dislocations in Solids, Elsevier. 2008;14:333‒437.
- Blum W. Creep of crystalline materials: experimental basis, mechanisms and models. Materials Science and Engineering A. 2001;319(2):8‒15.
- Galligan J.M. et al. Dislocation drag processes. Materials Science and Engineering A287. 2000. 287(2):259‒264
- Tang G. et al. Effect of a pulsed magnetic treatment on the dislocation substructure of a commercial high strength steel. Materials Science and Engineering A 398. 2005.398(1):108‒112
- Шляров В.В., Загуляев Д.В. Влияние маг-нитных полей на процесс пластической деформации цветных металлов. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 201;16(3):394‒398.
- Загуляев Д.В., Шляров В.В., Серебрякова А.А., Громов В.Е., Перегудов О.А. Влияние постоянных магнитных полей на деформационное поведение цветных металлов. Новокузнецк: Полиграфист, 2024:155.
- Serebryakova A.A., Zaguliaev D.V., Shlyarov V.V., Gromov V.E., Aksenova K.V. A Study of the Microhardness and Plasticity Parameter of Lead in External Magnetic Fields with an Induction of up to 0.5 T. Technical Physics. 2024. 2023;132(4):52–58.
- https://doi.org/10.1134/S1063784224700488
- Шляров В.В., Загуляев Д.В., Серебрякова А.А. Анализ изменения микротвердости, скорости ползучести и морфологии поверхности разрушения титана ВТ1-0, деформируемого в условиях действия постоянного магнитного поля 0,3 Тл. Frontier Materials and Technology. 2022;(1):91–100.
- https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-1-91-100
- Шляров В.В., Серебрякова А.А., Аксенова К.В., Загуляев Д.В. Влияние постоянного маг-нитного поля на усталостную долговеч-ность диамагнетиков: роль эффекта Зеемана в усталостной прочности цветных металлов. Известия вузов. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2025;(3):66‒80.
- Safran S.A. Statistical Thermodynamics of Surfaces. Interfaces and Membranes, 1995;78(3-4):1175‒1177.
- Misra P.K. Chapter 12 ‒ Diamagnetism and Paramagnetism. Physics of Condensed Matter. 2012:369‒407. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384954-0.00012-8
- Ramazashvili R.Zeeman spin-orbit coupling in antiferromagnetic conductors. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2019;128:65‒74. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.09.033
- Winkler R. Spin-orbit coupling in solids. Encyclopedia of Condensed Matter Physics (Second Edition). 2024;2:186‒192.
- https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90800-9.00251-1
- Morgunov R.B. Spin-dependent reactions, magnetic resonance, and magnetic isotope effect in crystal plasticity. Russ Chem Bull. 2025;74:2599‒2607. https://doi.org/10.1007/s11172-025-4743-y
- Pokoev A.V. Manifestation of magnetoplastic effect in some metallic alloys. Defect and Diffusion Forum. 2018;383:180‒186.
- https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.383.180
- Luo J. et al. Effect of magnetic field on dislocation morphology and precipitation in ultrafine-grained 7075 Al alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2021;872:159741.
- https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.03.016
- Bagryansky V.A. Interaction of spin-correlated radical pair with a third radical. Journal of Physical Chemistry. 2019;123(45):28123‒28130. https://doi.org/10.1063/1.5127812
- Gerhards L. Modeling spin relaxation in complex radical systems. Journal of Computational Chemistry. 2023;44(7):1234‒1246.
- https://doi.org/10.1002/jcc.27120
- Alshits V., Kotowski R., Tronczyk P. Magnetoplastic Effect in Nonmagnetic Materials: Experimental Studies and Computer Simulations. The International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences. 2008;6(4):207‒214.
- https://doi.org/10.3970/icces.2008.006.207
- Rather S.R., Weingartz N.P., Kromer S. et al. Spin-vibronic coherence drives singlet-triplet conversion. 2023;620:776–781.
- https://doi.org/10.1038/s41586-023-06233-y
- Alshits V.I. Effects of magnetic fields on the dislocation unlocking from paramagnetic centers. Physica Status Solidi B. 1993;175(1):11‒20. https://doi.org/10.1016/0921-5093(93)90686-9
- Malashenko B. Effect of a magnetic field on the dynamics of dislocations in normal metals with a high impurity concentration at low temperatures. Low Temperature Physics. 2008;34. https://doi.org/10.1063/1.2973718
- Gudala S., Shlyarov V., Aksenova K., Zagu-liaev D., Serebryakova A. Evolution of Dislocation Substructures of Fatigue Fracture of Titanium Under Constant Magnetic Field. Metallography, Microstructure, and Analysis. 2025;14:279‒286. https://doi.org/10.1007/s13632-025-01183-5
- Shlyarov V.V., Aksenova K.V., Zaguliaev D.V., Serebryakova A.A. Evolution of the Fracture Surface of Commercially Pure VT1-0 Titanium Subjected to Multicycle Fatigue in a Constant Magnetic Field. J. Surf. Investig. 2023;17:144–149. https://doi.org/10.1134/S1027451023010238
- Меньшенин В.В., Радзивончик Д.И. Магнитоэлектрический эффект и магнитная динамика в антиферромагнетике Gd2CuO4. Физика твердого тела. 2013;55(8):1544‒1551.
- Rahman R.U., Li Z., He J. Magnetic wave dynamics in ferromagnetic thin films: Interactions of solitons and positons in Landau-Lifshitz-Gilbert equation. Physica D: Nonlinear Phenomena. 2025;479:134719.
- https://doi.org/10.1016/j.physd.2025.134719
- Gladkov S., Bogdanova S. On computation of relaxation constant α in Landau–Lifshitz–Gilbert equation. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2014;368:324‒327. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.05.028
- Liu, A., Wen, T., Han, J. et al. Finite-temperature screw dislocation core structures and dynamics in α-titanium. Comput Mater. 2023;9:228. https://doi.org/10.1038/s41524-023-01181-7
- Wei B., Peng L., Liu Y., Zhang J., Wen S., Li S., Huang S. A magnetic field reinforced excitation structure for enhanced motion-induced eddy current defect detection. Measurement. 2026;258:119186 https://doi.org/10.1016/j.measurement.2025.119186
- Song X., Qi H., Li S., Hu Y., Yang W., Li Z. Effect of cryogenic coupled magnetic field treatment on the microstructure and mechanical properties on Ti ‒ 6Al ‒ 4V titanium alloy. Materials Today Communications. 2024;40:109417 https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109417
- Hu J., Wang Y., Yang C., Zhang S., Chen X. Mechanical behavior, microstructural defor-mation mechanisms, and reliability evaluation of titanium alloy helical springs in extreme space environments with magnetic fields. Journal of Materials Research and Technology. 2025;35:6060‒6074.
- https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.02.208
- Shatruk M., Clark J.K. Magnetic materials. Comprehensive Inorganic Chemistry III (Third Edition). 2023:236‒261.
- https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823144-9.00169-2
Дополнительные файлы
