Том 125, № 9 (2024)

Проведен анализ фазового состава сплавов системы Al–Cu–Ca–Mn, содержащих 6%Cu, 2%Mn и до 4% Ca (маc.%). Предложено строение фазовой диаграммы в области алюминиевого угла, согласно которой в твердом состоянии возможно наличие пяти четырехфазных областей с участием твердого раствора на основе алюминия (Al) и различных интерметаллидов. Для разработки жаропрочных сплавов нового поколения предлагается в качестве основы композиция Al–6%Cu–1%Ca–2%Mn. При таких концентрациях легирующих элементов возможно сочетание алюминиевой матрицы, содержащей дисперсоиды Al₂₀Cu₂Mn₃, и эвтектики (Al)+Al₂₇Ca₃Cu₇, характеризующейся тонким строением.

Изучена термическая стабильность однофазных сплавов системы Ni–Cr (2, 5, 12.5 ат.% Cr), в которых при деформации сдвигом под давлением сформирована субмикрокристаллическая (СМК) структура. Проанализировано изменение при отжиге твердости, размера зерна и однородности рекристаллизованной структуры. Легирование никеля хромом повышает температуру начала рекристаллизации деформированного сплава на 150–250°С и температуру начала интенсивного роста зерна на 200–400°С в соответствии с увеличением содержания хрома. В исследованных СМК-сплавах рекристаллизация развивается путем опережающего роста отдельных центров. Увеличение содержания хрома в сплаве от 2 до 12.5% способствует уменьшению размера зерна и повышению размерной однородности рекристаллизованной структуры.

Методом молекулярной динамики (МД) смоделировано первичное дефектообразование в ГЦК-модельном сплаве на основе Fe–Cr–Ni, химический состав которого совпадает с концентрацией трех основных компонентов в коррозионностойких аустенитных сталях типа Х18Н10. Сгенерированная выборка, включающая в себя 12 960 событий образования радиационных дефектов, инициированных первично-выбитыми атомами (ПВА) Fe, Cr и Ni с энергиями 100 эВ ≤E_PKA≤ 5 кэВ вдоль пятнадцати неэквивалентных кристаллографических направлений, использована для расчета средних пороговых энергий смещения. Показано, что в исследуемом материале средние пороговые энергии смещения атомов Fe, Cr и Ni совпадают и равны ⟨E_d⟩=28±1 эВ. Полученные данные МД-моделирования использованы для построения зависимости E_d от E_PKA, которая распадается на два линейных фрагмента, определяемых механизмом дефектообразования. Определили значение E_cc≈0.8 кэВ, при котором образование изолированных точечных дефектов при низких энергиях ПВА  E_PKA≤E_cc сменяется дефектообразованием в каскадах столкновений, инициируемых ПВА с энергиями E_PKA≥E_cc. На основании полученных результатов МД-моделирования модифицировали каскадную функцию в модели Кинчина–Пиза, чтобы учесть зависимость пороговых энергий смещения E_d от энергии E_PKA.

Методами рентгеновской дифрактометрии in situ и ex situ исследованы температурно-временные изменения параметров решетки мартенсита (ПРМ) сплавов с памятью формы Ti–50.26Ni и Ti–18Zr–12Nb (ат.%) с целью проверки существования временной зависимости ПРМ и выяснения, насколько строго сохраняется правильная сингония решетки мартенсита при изменении ее параметров в ходе нагрева–охлаждения в интервале температур от –180°С до ≥A_s. Изменения ПРМ обратимы во всем исследованном диапазоне температур при различных комбинациях скоростей нагрева и охлаждения (от 0.03°C/с до >50°C/с), величины ПРМ не зависят от времени рентгеновской съемки или выдержки при данной температуре в интервале существования мартенсита. Ширина рентгеновских линий В19'- и αʹʹ-мартенсита при любых комбинациях скоростей нагрева и охлаждения и временах выдержки не изменяется, что указывает на отсутствие искажений решетки мартенсита, подобных предмартенситным, приводящим к обратимому уширению рентгеновских линий аустенита с приближением к точке М_s в области формирования нанодоменов промежуточной структуры сдвига. Величина критерия Фишера (F), нигде не превышающая ее критическое значение, наряду с неизменностью ширины рентгеновских линий свидетельствует о сохранении неискаженной сингонии решетки непревращенных кристаллов мартенсита и изменении решетки как целого – путем постепенного однородного сдвига – при приближении к моменту их обратного превращения.

С помощью теоретического и экспериментального методов анализа проведена оценка влияния диффузионных и деформационных процессов на химический состав и структуру сварного соединения пластин из алюминиевого сплава (AlCuMg) в условиях сварки трением с перемешиванием. Для воспроизведения температурных условий в зоне сварки и оценки возможных причин изменений структуры и фазового состава материала в области сварного шва применены методы математического моделирования тепловых процессов. Полученные теоретические расчеты проверены и подтверждены с помощью экспериментальных методов структурного анализа (рентгеноструктурный анализ, сканирующая электронная микроскопия) и измерения микротвердости. Обнаружено изменение содержания кремния, меди и алюминия в составе твердого раствора исследуемого материала, а также изменение фазового состава (снижение количества фазы Al₁₂Fe₃Si и появление фазы AlCuFeMnSi), что связано с массопереносом в зоне сварного шва в условиях сварки трением с перемешиванием.

На основе термодинамического подхода для двойных сплавов замещения в одномерном случае рассчитаны параметры диффузной межфазной границы и распределения состава внутри нее. Показано, что в модели квазирегулярного раствора оценка равновесных пределов растворимости совпадает с результатами построения Гиббса и подхода Кана–Хилларда. Установлено, что ширина межфазной границы слабо зависит от выбора используемых приближений. Сильная зависимость от них характерна для равновесных пределов растворимости. Также продемонстрировано, что отход от модели квазирегулярного раствора приводит к нарушению правила равных площадей Максвелла. Показано, что параметры, характеризующие форму кривой распределения состава внутри межфазной границы, имеют качественно различное поведение для модели квазирегулярного раствора и при расчете в общем случае.

Исследовано изменение структуры и твердости композита системы Fe–Ni–Ti–C–B, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), после горячей пластической деформации в условиях одноосного сжатия. Матрица композита – твердый раствор Ni и Ti в кристаллической решетке γ-Fe, упрочняющие фазы – TiC, TiB₂, Fe₂B, Ni₃Ti и NiTi. Показано, что при одноосном сжатии при нагреве в металлической матрице композита происходят рекристаллизационные процессы, которые облегчают дальнейшую деформацию. Установлено, что после сжатия при температуре 910°С и давлении 300 МПа истинная деформация композита составила 0.37. При этом в центральной части образца в области сжимающих напряжений соотношение деформированных и рекристаллизованных зерен примерно одинаково. На боковой поверхности образцов в зоне действия растягивающих напряжений возникают микротрещины глубиной менее 0.2 мм в зонах эвтектического γ +Fe₂B-строения.