Том 125, № 11 (2024)

Метастабильные дисперсные состояния, возникающие при распаде в сплавах, представляют существенный интерес и имеют важное прикладное значение, обеспечивая высокие прочностные свойства. В последнее время особое внимание привлекает механизм стабилизации дисперсных состояний за счет формирования оболочки, обогащенной легирующими элементами. Здесь мы представляем краткий обзор теоретических представлений об условиях формирования и стабилизации дисперсных состояний в сплавах и недавних результатов первопринципного атомистического моделирования сплавов Al–Cu–X, Fe–Cu–X, Al–Sc–Zr, в которых формируются выделения со структурой “ядро–оболочка”. Обсуждаются условия кинетической и термодинамической стабилизации выделений по отношению к процессам коалесценции в процессе отжига.

Изучено влияние обработки трением с перемешиванием и последующего старения на микроструктуру и физико-механические свойства термоупрочняемого сплава Cu–0.3% Cr–0.5% Zr. Пластическая деформация в процессе обработки трением с перемешиванием приводит к формированию ультрамелкозернистой структуры со средним размером зерен 0.5 мкм, распаду пересыщенного твердого раствора и выделению дисперсных частиц в зоне перемешивания. Показано, что старение сопровождается довыделением дисперсных частиц и развитием возврата в зоне обработки. Измельчение зеренной структуры и выделение частиц приводит к росту прочностных свойств и электрической проводимости в зоне перемешивания. Старение сопровождается дополнительным повышением проводимости без значительного снижения прочностных характеристик. Обсуждается влияние эволюции структуры в ходе обработки трением с перемешиванием и старения на свойства сплава Cu–Cr–Zr.

Представлен краткий обзор теоретических моделей, описывающих дислокационные механизмы релаксации напряжений несоответствия в кристаллических наногетероструктурах пониженной размерности — в композитных наночастицах, нанопроволоках и нанослоях. Определены критические условия появления первых дислокаций несоответствия в таких наногетероструктурах. Рассчитана равновесная плотность распределения круговых призматических петель дислокаций несоответствия в нанопроволоках типа “ядро–оболочка”, хорошо соответствующая результатам экспериментальных наблюдений. Найдены энергетические барьеры для зарождения дислокаций несоответствия в композитных нанопроволоках с ядром в виде прямоугольной призмы и в композитных нанослоях с длинными призматическими включениями. Показано, что наименьшие барьеры возникают при испускании ребрами включений диполей частичных или полных дислокаций в зависимости от характерных размеров гетероструктуры. Предложены направления дальнейших исследований в этой области.

Осуществлен выбор и верификация моделей межатомного взаимодействия для молекулярно-динамического моделирования кристаллизации из расплава применительно к бинарным системам со значительным отличием температур солидуса и ликвидуса на примере сплавов Cu–Ni и Mo–Ni. Выполнена верификация используемых потенциалов на основе термодинамических расчетов равновесных параметров плавления и по доступным экспериментальным данным. Определены условия образования, характеристики и особенности эволюции кристаллической структуры в процессе затвердевания бинарных систем и сплавов со значительным отличием температур солидуса и ликвидуса. Проведены крупномасштабные атомистические расчеты перераспределения компонент бинарного сплава Mo–Ni при его кристаллизации из расплава.

Одним из перспективных приложений высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) является их использование в качестве материалов для тензорезисторов. Исследование ВЭС в контексте данного приложения требует точного и экспрессного измерения тензочувствительности (ТЧ). В данной работе приводятся результаты тестирования и аттестации прецизионной автоматизированной системы для прямых тензометрических испытаний металлических сплавов. Методика применена в исследованиях как известных тензометрических сплавов, так и новых ВЭС: TiHfZrTa, TiHfNbTaZr, TiHfNbTa и TiHfNbZr. Обнаружено, что исследованные ВЭС демонстрируют высокий коэффициент тензочувствительности от 3.60 до 5.17, что заметно выше, чем для классических материалов, используемых для производства тензорезисторов, таких как манганин, константан и нихром. Кроме того, исследуемые ВЭС демонстрируют высокое значение предела упругости вплоть до 972 МПа. На основе анализа полученных данных высказана гипотеза, что существенным фактором, ответственным за высокое значение ТЧ, является анизотропия упругих свойств материала.

Представлены результаты исследования магнитной структуры неравновесного сплава золото–кобальт, полученного методом кручения под давлением в различных термомеханических условиях по температуре и величине деформации. Фазовый анализ синтезированных образцов показал, что после 10 оборотов наковальни при 300 К происходит неполное растворение кобальта в матрице золота, тогда как такая же сдвиговая деформация при температуре 80 К приводит к полному растворению кобальта с формированием двух твердых растворов с различным содержанием кобальта. Методом магнитной атомно-силовой микроскопии показано, что в образцах после механосинтеза при 300 К наблюдается полосовая доменная структура, не наблюдающаяся в образцах после криодеформации. Вибрационная магнитометрия синтезированных образцов выявила, что с ростом величины сдвиговой деформации и с уменьшением температуры механосинтеза намагниченность насыщения уменьшается.

Показано влияние электролитического наводороживания на механические свойства и механизм разрушения многокомпонентного сплава Кантора CoCrFeMnNi с разным размером зерна. Показано, что увеличение плотности межзеренных границ способствует повышению устойчивости сплава Кантора к водородному охрупчиванию. Выявлены основные факторы, определяющие толщину хрупких поверхностных зон, формирующихся при наводороживании и последующем одноосном растяжении наводороженных образцов, а также установлены микромеханизмы их разрушения. Показано, что увеличение плотности границ зерен затрудняет транспорт водорода с дислокациями во время пластической деформации из-за ограничения свободного пробега дислокаций в мелкозернистой структуре, но при этом слабо влияет на толщину наводороженного слоя, формирующегося в процессе насыщения.

Контролируемая термомеханическая обработка (КТМО) низкоуглеродистых низколегированных трубных сталей используется для достижения требуемого уровня механических свойств трубного проката и, соответственно, для обеспечения стабильности и надежности эксплуатации магистральных трубопроводов. КТМО включает горячую деформацию аустенита и последующее ускоренное охлаждение, во время которого реализуется y→α-превращение. Оснащение современных толстолистовых станов позволяет разрабатывать и внедрять в металлургическое производство информационные системы управления структурой и, соответственно, свойствами стали. Уровень надежности и точности работы таких систем возможно повысить, используя корректные теплофизические параметры сталей. В настоящей работе методами дифференциальной сканирующей калориметрии, дилатометрического анализа и расчетами с использованием программного обеспечения Thermo-Calc определены критические температуры, температурные зависимости теплоемкостей основных фаз и значения тепловых эффектов фазовых превращений в образцах высокопрочной низколегированной трубной стали 05Г2МБ (в мас. % ~ 0.05 C; ≤ 2.0 Mn; ~ 0.2 Mo; ~ 0.05 Nb). Показано, что значение теплового эффекта магнитного превращения значительно превышает значение теплового эффекта полиморфного фазового превращения.