Влияние экструзии на модуль Юнга и внутреннее трение в магниевых сплавах с различным содержанием длиннопериодной слоистой структуры
- Авторы: Каминский В.В.1,2, Калганов Д.А.2, Дорогов М.В.1, Филиппов С.А.2,3, Романов А.Е.1,4
-
Учреждения:
- Университет ИТМО
- Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
- Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
- Тольяттинский государственный университет
- Выпуск: № 2 (2025)
- Страницы: 19-27
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/1056
- DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2025-2-72-2
- ID: 1056
Цитировать
Аннотация
Проведение исследования обусловлено растущим прикладным интересом к получению и исследованию механических свойств новых магниевых сплавов, содержащих длиннопериодную слоистую структуру (ДПС). Исследование влияния обработки теплой экструзией на модуль Юнга и внутреннее трение позволит в большей мере понять поведение данных материалов под действием различных механических напряжений, что важно для улучшения их функциональных характеристик. Представлены результаты влияния теплой экструзии на структуру, эффективный модуль Юнга и внутреннее трение в сплавах с различным содержанием фазы ДПС. Сплавы в системе Mg–Zn–Y с содержанием ДПС 0, 50 и 100 % об. были изучены с использованием пьезоэлектрического составного вибратора на частотах, близких к 100 кГц. Полученные результаты показали увеличение модуля Юнга с ростом содержания ДПС, обусловленное большей жесткостью и сильной межатомной связью в этой структуре. Экструзия вызвала уменьшение модуля Юнга на 3 % вдоль направления обработки. Этот эффект объясняется формированием удлиненной микротекстуры, преимущественной ориентацией в фазах альфа-магния и ДПС, а также возрастанием плотности подвижных дислокаций. Нелинейная часть внутреннего трения возрастала в результате экструзии благодаря увеличению плотности вовлеченных дислокаций. В то же время критическая амплитуда деформации уменьшалась с увеличением доли ДПС. Кроме того, выявлено снижение дефекта модуля Юнга после экструзии, что объясняется преимущественно дислокационным упрочнением. Полученные данные позволяют с большим пониманием взглянуть на деформационное поведение сплавов Mg–Zn–Y с ДПС, а также на влияние на него обработки теплой экструзией.
Ключевые слова
Об авторах
Владимир Владимирович Каминский
Университет ИТМО;Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: kam-vladimiro@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4388-2459
кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией института перспективных систем передачи данных
Россия, 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр-т, 49, лит. А; 194021, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26Дмитрий Александрович Калганов
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Email: kalganov@itmo.ru
ORCID iD: 0000-0003-1986-3693
младший научный сотрудник лаборатории дифракционных методов исследования реальной структуры кристаллов
Россия, 194021, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26Максим Владимирович Дорогов
Университет ИТМО
Email: mvdorogov@itmo.ru
ORCID iD: 0000-0001-5987-3357
кандидат физико-математических наук, доцент института перспективных систем передачи данных
Россия, 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр-т, 49, лит. АСергей Анатольевич Филиппов
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН;Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Email: filippov_sa@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7784-555X
научный сотрудник лаборатории дифракционных методов исследования реальной структуры кристаллов, доцент высшей школы механики и процессов управления
Россия, 194021, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26; 195251, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29Алексей Евгеньевич Романов
Университет ИТМО;Тольяттинский государственный университет
Email: alexey.romanov@niuitmo.ru
ORCID iD: 0000-0003-3738-408X
доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник института перспективных систем передачи данных
Россия, 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр-т, 49, лит. А; 445020, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14Список литературы
- Kawamura Y., Hayashi K., Inoue A., Masumoto T. Rapidly solidified powder metallurgy Mg97Zn1Y2 alloys with excellent tensile yield strength above 600 MPa // Materials Transactions. 2001. Vol. 42. № 7. P. 1172–1176. doi: 10.2320/matertrans.42.1172.
- Cao Furong, Liang Jinrui, Xu Panning, Xu Guangming. Microstructural Evolution, Mechanical Property, and Strengthening in a Lightweight Mg-Y-Zn-Mn Alloy Fabricated by Multidirectional Forging and Hot Rolling // Journal of Materials Engineering and Performance. 2024. doi: 10.1007/s11665-024-10221-2.
- Jiang We, Zou Chunming, Chen Yang, Wei Zunjie. The effect of pressure-induced Mg64Zn15Y21 phase on the mechanical properties of Mg–Zn–Y alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 840. Article number 155682. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155682.
- Deng D.W., Kuo K.H., Luo Z.P., Miller D.J., Kramer M.J., Dennis K.W. Crystal structure of the hexagonal Zn3MgY phase // Journal of Alloys and Compounds. 2004. Vol. 373. № 1-2. P. 156–160. doi: 10.1016/j.jallcom.2003.10.039.
- Kaminskii V.V., Abe E., Kawamura Y., Dorogin L.M., Romanov A.E. Kinking in LPSO Mg-Zn-Y alloys and other layered materials // Reviews on Advanced Materials and Technologies. 2022. Vol. 4. № 2. P. 15–31. doi: 10.17586/2687-0568-2022-4-2-15-31.
- Liu Wei, Zhao Yuhang, Zhang Yuntao, Shuai Chuan, Chen Liwen, Huang Zhiquan, Hou Hua. Deformation-induced dynamic precipitation of 14H-LPSO structure and its effect on dynamic recrystallization in hot-extruded Mg-Y-Zn alloys // International Journal of Plasticity. 2023. Vol. 164. Article number 103573. doi: 10.1016/j.ijplas.2023.103573.
- Hagihara K., Kinoshita A., Sugino Y., Yamasaki M., Kawamura Y., Yasuda H.Y., Umakoshi Y. Effect of long-period stacking ordered phase on mechanical properties of Mg–Zn–Y extruded alloy // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. № 19. P. 6282–6293. doi: 10.1016/j.actamat.2010.07.050.
- Xu D.K., Liu L., Xu Y.B., Han E.H. The fatigue crack propagation behavior of the forged Mg–Zn–Y–Zr alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2007. Vol. 431. № 1-2. P. 107–111. doi: 10.1016/j.jallcom.2006.05.043.
- Janeček M., Král R., Dobroň P., Chmelik F., Supik V., Hollander F. Mechanisms of plastic deformation in AZ31 magnesium alloy investigated by acoustic emission and transmission electron microscopy // Materials Science and Engineering: A. 2007. Vol. 462. № 1-2. P. 311–315. doi: 10.1016/j.msea.2006.01.172.
- Kalganov D.A., Philippov S.A., Kaminskii V.V., Ivanov A.Yu., Zasypkin S.V., Merson D.L., Dorogov M.V. Low Amplitude Nonlinear Damping and Effective Modulus in Magnesium Alloys Containing Long-Period Stacking Ordered Structures // Reviews on Advanced Materials and Technologies. 2025. Vol. 7. № 1. P. 63–70. doi: 10.17586/2687-0568-2025-7-1-63-70.
- Robinson W.H., Edgar A. The Piezoelectric Method of Determining Mechanical Damping at Frequencies of 30 to 200 KHz // IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics. 1974. Vol. 21. № 2. P. 98–105. doi: 10.1109/T-SU.1974.29798.
- Лебедев А.Б., Кустов С.Б., Кардашев Б.К. Акустопластический эффект при активном деформировании и ползучести алюминия // Физика твердого тела. 1987. Т. 29. № 12. С. 3563–3569.
- Kaufmann H.J., Pal‐Val P.P. Interaction of dislocations with localized pinning points in high‐purity molybdenum single crystals // Physica Status Solidi (A). 1980. Vol. 62. № 2. P. 569–575. doi: 10.1002/pssa.2210620226.
- Pal-Val P., Vatazhuk O., Ostapovets A., Král L., Pinc J. Thermoactivated Dislocation Motion in Rolled and Extruded Magnesium: Data of the Low-Temperature Acoustic Experiment // Metals. 2021. Vol. 11. № 10. Article number 1647. doi: 10.3390/met11101647.
- Wang Zixuan, Zheng Jie, Jia Leichen, Liu Waner, Huang Youwang, Yan Zhaoming, Zhang Zhimin, Xue Yong. Abnormal texture formation and mechanical anisotropy of pre-aging extruded Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy with large-scale // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 20. P. 2771–2783. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.08.069.
- Chen Tao, Chen Zhiyang, Shao Jianbo, Wang Renke, Mao Longhui, Liu Chuming. Evolution of LPSO phases in a Mg-Zn-Y-Gd-Zr alloy during semi-continuous casting, homogenization and hot extrusion // Materials & Design. 2018. Vol. 152. P. 1–9. doi: 10.1016/j.matdes.2018.04.070.
- Wang Jie, Zhu Gaoming, Wang Leyun, Zhang Xianbing, Knezevic M., Zeng Xiaoqin. Strengthening mechanisms, hardening/softening behavior, and microstructure evolution in an LPSO magnesium alloy at elevated temperatures // Materials Characterization. 2023. Vol. 203. Article number 113066. doi: 10.1016/j.matchar.2023.113066.
- Yoshimoto S., Yamasaki M., Kawamura Y. Microstructure and mechanical properties of extruded Mg-Zn-Y alloys with 14H long period ordered structure // Materials Transactions. 2006. Vol. 47. № 4. P. 959–965. doi: 10.2320/matertrans.47.959.
- Liu Wei, Su Yu, Zhang Yuntao, Chen Liwen, Hou Hua, Zhao Yuhong. Dissolution and reprecipitation of 14H-LPSO structure accompanied by dynamic recrystallization in hot-extruded Mg89Y4Zn2Li5 alloy // Journal of Magnesium and Alloys. 2023. Vol. 11. № 4. P. 1408–1421. doi: 10.1016/j.jma.2022.03.018.
- Yin Wujun, Briffod F., Shiraiwa T., Enoki M. Mechanical properties and failure mechanisms of Mg-Zn-Y alloys with different extrusion ratio and LPSO volume fraction // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. Vol. 10. № 8. P. 2158–2172. doi: 10.1016/j.jma.2022.02.004.
Дополнительные файлы
