LIBM
ЛПРМ
Laboratory of Internal Boundaries in Metals
Лаборатория Поверхностей Раздела в Металлах
Projects – Проекты
РФФИ 04-03-34982 (закончен)
Совместная программа РФФИ – Израильский Центр Академических связей со странами Балтии и СНГ по нанотехнологиям
Наноразмерные механические свойства и механизмы деформации субмикрокристаллических металлических сплавов, полученных методами интенсивной пластической деформации.
Партнер: ТЕХНИОН (Хайфа, Израиль)
Были изучены закономерности формирования и эволюции микроструктуры семи двойных и тройных сплавов Al–Zn, Al–Mg и Al–Mg–Zn, а также шести сплавов Fe–C (трех доэвтектоидных и трех заэвтектоидных) при интенсивной пластической деформации (ИПД) – кручении под высоким давлением в наковальнях Бриджмена. Был обнаружен ускоренный распад пересыщенного твердого раствора в алюминиевых сплавах при ИПД. Таким образом, ИПД твердых растворов можно рассматривать как баланс между процессами деформационно-индуцированного измельчения зерен, ведущего от равновесия, и деформационно-индуцированной диффузии, ведущей к фазовому равновесию. Степень распада пересыщенного твердого раствора коррелирует с диффузионной проницаемостью границ зерен (она выше у Zn и ниже у Mg). Механические свойства (твердость) были изучены с помощью наноиндентирования. Впервые наблюдалось, что интенсивная пластическая деформация может приводить не к упрочнению, а к разупрочнению материала, несмотря на сильное (в несколько тысяч раз) измельчение зерен матрицы и частиц упрочняющей второй фазы. Этот процесс связан с распадом твердого раствора из-за производства избыточных вакансий при ИПД. В литом состоянии твердость пересышенного твердого раствора в изученных сплавах возрастает с ростом брутто-концентрации цинка и магния по механизму твердорастворного упрочнения. Однако, в процессе ИПД наклеп и упрочнение по механизму Холла-Петча из-за уменьшения размера зерен (с одной стороны) состязаются с разупрочнением из-за распада пересышенного твердого раствора (с другой стороны). В итоге этой конкуренции тройные сплавы Al–Zn–Mg разупрочняются после ИПД по сравнению с исходным литым состоянием, несмотря на сильное измельчение зерен. Определены температуры фазового перехода смачивания границ зерен расплавом в системах Al–Zn и Al–Mg на поли- и бикристаллах. Полученные данные позволили сформулировать гипотезу о том, что зернограничные фазовые переходы могут объяснить необычное явление высокоскоростной сверхпластичности, наблюдаемое в сплавах Al–Mg–Zn в узком температурном интервале непосредственно под линией объемного солидуса. В этом случае в объеме присутствует только твердая фаза, но на границах зерен могут образовываться прослойки жидкоподобной фазы. В двухфазных областях «феррит+аустенит» и «аустенит+цементит» фазовой диаграммы железо-углерод был обнаружен зернограничный фазовый переход твердофазного смачивания. Построены соотвествующие зернограничные линии на объемной фазовой диаграмме железо-углерод. Было также показано, что в двухфазной области «феррит+цементит» такого перехода нет, по крайней мере в области температур от эвтектоидного превращения до 600°С. Обнаруженно, что интенсивная пластическая деформация сплавов железо-углерод ведет к очень сильному измельчению зеренной структуры до нанометровых размеров. Показано, что цементит хотя и измельчается после интенсивной пластической деформации, но отнюдь не исчезает как объемная составляющая, и пересыщенный твердый раствор углерода в железе не образуется. Кроме того, после интенсивной пластической деформации – в дополнение к цементиту – образуется целый ряд других метастабильных карбидов железа. Исследовано взаимное влияние зернограничных фазовых переходов смачивания, предсмачивания (переход от монослойной к многослойной адсорбции) и огранения–потери огранки. Поиск зернограничного фазового перехода «смачивания» твердой фазой (обволакивания) в феррито-аустенитной области (на границах зерен в феррите) будет продолжен в сплавах с 0,1 и 0,2 вес. % углерода и в промышленных низколегированных малоуглеродистых сталях. Исследовано также взаимное влияние миграции границ зерен и тройных стыков и зернограничных фазовых переходов огранения – потери огранки.
Библиографический список публикаций к отчету
по проекту 04-03-34982
- 1. B.B. Straumal, V.N. Semenov, A.S. Khruzhcheva, T. Watanabe
Faceting of the S3 coincidence tilt boundary in Nb PDF
J. Mater. Sci. 40 (2005) 871–874
2. О.А.Когтенкова, С.Г. Протасова, Б.Б. Страумал, Г.Лопес
Влияние зернограничных фазовых переходов смачивания в системах Al–Mg и Al–Zn на высокоскоростную сверхпластичность PDF
Известия РАН (сер. физ.) 69 (2005) 1324–1328
O.A. Kogtenkova, S.G. Protasova, B.B. Straumal, G.A. Lopez
Grain boundary wetting phase transitions in the Al–Mg and Al–Zn alloys and their influence on high-strain rate superplasticity
Isvestia RAS (ser. phys.) 69 (2005) 1324–1328
3. V.G. Sursaeva, B.B. Straumal
Influence of grain boundary inclination on the grain boundary and triple junction motion in Zn PDF
Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 36 (2005) 528–532
4. A.A. Mazilkin, B. Baretzky, S. Enders, O.A. Kogtenkova, B.B. Straumal, E.I. Rabkin, R.Z. Valiev
Hardness of nanostructured Al–Zn, Al–Mg and Al–Zn–Mg alloys obtained by high-pressure torsion PDF
Def. Diff. Forum 249 (2006) 155–160
5. Б.Б. Страумал, А.С. Хрущева, Г.Лопес
«Смачивание» границ зерен второй твердой фазой в поликристаллах Zn–Al и бикристаллах Zn раствором на основе Al PDF
Известия РАН (сер. физ.) 69 (2005) 1312–1318
B.B. Straumal, A.S. Khruzhcheva, G.A. Lopez
Grain boundary wetting by a (Al) solid phase in Zn–Al polycrystals and Zn bicrystals
Isvestia RAS (ser. phys.) 69 (2005) 1312–1318
6. B. B. Straumal, S. A. Polyakov, E. J. Mittemeijer
Temperature influence on the faceting of S3 and S9 grain boundaries in Cu PDF
Acta Mater. 54 (2006) 167–172
7. B. Straumal, Ya. Kucherinenko, S. Protasova
Three-dimensional Wulff diagrams for the description of grain boundary faceting and roughening PDF
Trans. Indian Inst. Met. 58 (2005) 1095–1105
8. A.A. Mazilkin, B.B. Straumal, E. Rabkin, B. Baretzky, S. Enders, S.G. Protasova, O.A. Kogtenkova, and R.Z. Valiev
Softening of Nanostructured Al–Zn and Al–Mg Alloys after severe plastic deformation PDF
Acta Mater 54 (2006) in press