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 600њС. 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