№ 1 (2022)

Характерной особенностью высокоэнтропийных сплавов является высокая прочность при сохранении пластичности, износостойкость, коррозионная стойкость, а также вязкость разрушения при криогенных температурах. В настоящее время наиболее изученным высокоэнтропийным соединением является CoCrFeNiMn. Однако его применение ограничено в высокотемпературной области из-за низких значений уровня деформирующих напряжений на пределе текучести при Т>296 К. Одним из известных способов повышения прочности материала является добавление атомов замещения большего атомного радиуса, одними из которых являются Al, Ti, Mо. В работе проведен анализ механического поведения монокристаллов ГЦК высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMn и CoCrFeNiMо (ат. %), ориентированных вдоль [001] направления: исследованы температурная зависимость критических скалывающих напряжений τ_кр(Т) в интервале Т=77–973 К, тип дислокационной структуры, коэффициент деформационного упрочнения θ_II, пластичность и разрушение при Т=296 К при деформации растяжением. Показано, что легирование атомами Mo 4 ат. % системы CoCrFeNi (ат. %) приводит к твердорастворному упрочнению, и критические скалывающие напряжения τ_кр увеличиваются во всем исследованном интервале температур. Начало пластической деформации связано со скольжением при всех температурах испытания. При Т=296 К в CoCrFeNiMо обнаружена планарная дислокационная структура с плоскими скоплениями дислокаций и дислокационными сетками, тогда как в эквиатомном CoCrFeNiMn при данной температуре испытания наблюдается однородное распределение дислокаций в нескольких системах без плоских скоплений. Коэффициент деформационного упрочнения, пластичность, а также уровень напряжений перед разрушением оказываются близкими в [001]-кристаллах высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMо и CoCrFeNiMn, что определяется развитием деформации скольжения одновременно в нескольких системах. Разрушаются кристаллы при 296 К при одинаковом уровне напряжений вязко.

Сварка трением с перемешиванием (СТП) представляет собой инновационную технологию твердофазного соединения металлических материалов. Она позволяет получать неразъемные соединения материалов, традиционно считающихся несвариваемыми, в частности алюминиевых сплавов. К сожалению, существенным недостатком СТП является относительно низкая термическая стабильность микроструктуры сварных соединений. В частности, в ходе послесварочной термической обработки швов в них нередко наблюдается аномальный рост зерен. Этот нежелательный феномен обычно трактуется в рамках так называемой «ячеистой» теории Хамфри, в соответствии с которой аномальное поведение связано с существенным измельчением микроструктуры, а также растворением частиц вторичных фаз, которые обычно имеют место в ходе СТП. Поскольку оба этих процесса существенно зависят от температуры, было сделано предположение, что термическая стабильность СТП-швов также должна быть связана с термическим режимом СТП. Для проверки этой гипотезы было получено два сварных соединения при различных термических условиях, а затем исследовано их микроструктурное поведение в ходе термической обработки по режиму T6 (включавшей в себя обработку на твердый раствор и последующее искусственное старение). Для проведения микроструктурных исследований был привлечен передовой метод ориентационной микроскопии (так называемый EBSD-анализ). В полном соответствии с исходным предположением было показано, что эволюция микроструктуры в двух исследованных микроструктурных состояниях существенно различается. В частности, установлено, что снижение температуры СТП способствует подавлению аномального роста зерен. Выдвинуто предположение, что повышенная термическая стабильность материала связана с сохранением частиц вторичных фаз при низкотемпературной СТП.

В связи с интенсивным развитием спектральных методов анализа акустической эмиссии на передний план выходит проблема обеспечения наилучшего частотного и временного разрешения путем применения определенных алгоритмов частотно-временного преобразования. Основными использующимися или интегрируемыми в метод акустической эмиссии частотно-временными преобразованиями сегодня являются: оконное преобразование Фурье, вейвлет-преобразование, псевдопреобразование Вигнера – Вилля, преобразование Чои – Вильямса и псевдопреобразование Гильберта – Хуанга. Однако в литературных источниках недостаточно информации, позволяющей оценить эффективность их применения для выделения особенностей сигналов акустической эмиссии дискретного и непрерывного вида. Исходя из этого, на синтетических и реальных модельных сигналах проведен экспериментальный сравнительный анализ работоспособности обозначенных частотно-временных преобразований. Первые модельные сигналы представляли собой chirp-сигнал, идеальные синусоиды и дельта-функцию Дирака, а вторые – дискретный сигнал акустической эмиссии от источника Су-Нильсена, разложенный в акустическом канале на дисперсионные моды, и непрерывный акустический сигнал от истечения воздуха через калиброванное отверстие. Показано, что при перепаде энергии частотных составляющих порядка 25 дБ установить все контрольные особенности модельных сигналов оказались способны только преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Преобразования Вигнера – Вилля, Чои – Вильямса и Гильберта – Хуанга, показавшие более высокое частотно-временное разрешение, не выявили частотные составляющие низкой энергии. Поэтому их можно рекомендовать для обнаружения спектральных изменений в резонансных и дискретных сигналах, но в узком энергетическом диапазоне. Для анализа непрерывной акустической эмиссии наилучший результат продемонстрировали преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Однако для применения последнего требуется процедура выбора оптимальной базисной функции. Установлено, что преобразование Гильберта – Хуанга позволяет выделять флуктуации частоты, но для повышения достоверности его результатов требуется проработка способов повышения чувствительности и выделения основной информации из спектрограмм.

После холодной прокатки со степенями обжатия более 97 % и рекристаллизационного отжига в ряде металлов с гранецентрированной кубической решеткой, обладающих высоким или средним значением энергии дефектов упаковки, таких как Ni, Cu, Al, Pt и некоторых сплавов на их основе, формируется острая кубическая текстура. Протяженные ленты из этих металлов и сплавов с гранецентрированной кубической решеткой могут быть использованы для нанесения многослойных функциональных композиций. Проведено исследование структуры и кристаллографической текстуры в лентах из тройных сплавов на медно-никелевой основе. Показана принципиальная возможность создания многокомпонентных сплавов на базе бинарного сплава Cu+40% Ni, дополнительно легированного такими элементами, как Мо или Nb. Рассмотрено формирование острой кубической текстуры в лентах из сплавов Cu–Ni–Mn, Cu–Ni–Nb и Cu–Ni–Мо, полученных путем холодной деформации прокаткой и рекристаллизационного отжига, проведенного при различных температурах. Установлено, что оптимальным режимом рекристаллизационного отжига, при котором на поверхности деформированных на ~99 % лент из сплавов (Cu+40% Ni)–Me (где Ме=Mn, Мо, Nb) реализуется наиболее совершенная кубическая текстура, является отжиг в течение 1 ч при 1050 °С. Согласно полученным данным, после такого режима отжига в сплавах Cu–40% Ni–1,3% Mn, Cu–40% Ni–0,8% Mo и Cu–40% Ni–0,5% Nb сформировалось от 94 до 98 % зерен с ориентацией {001}<100>, что открывает перспективу использования данных сплавов в качестве эпитаксиальных подложек в технологии высокотемпературных сверхпроводников второго поколения. Оценка механических характеристик показала, что легирование способствовало повышению величины предела текучести сплавов Cu–40% Ni–1,3% Mn, Cu–40% Ni–0,8% Mo и Cu–40% Ni–0,5% Nb в 3–4 раза по сравнению с величиной предела текучести текстурованной медной ленты.

В настоящее время перспективным направлением исследований является изучение поведения технологических и физических характеристик материалов в условиях внешних энергетических воздействий, в частности постоянных магнитных полей. Это связано с возникновением многофакторных научных и производственных проблем, появляющихся с внедрением в производство высоких технологий. Одно из направлений – создание новых приборов, устройств и машин, которые так или иначе формируют вокруг себя электромагнитные поля. Поэтому комплексный подход к изучению влияния магнитополевых воздействий на деформационные характеристики металлов и сплавов способствует более глубокому пониманию физической природы указанного воздействия. Для исследований в качестве объекта был выбран технически чистый титан марки ВТ1-0. Работа направлена на изучение влияния постоянного магнитного поля 0,3 Тл на микротвердость, скорость ползучести и поверхность разрушения титана. Результаты показали, что под воздействием постоянного магнитного поля 0,3 Тл происходит снижение относительного значения микротвердости титана марки ВТ1-0 на 2–5 % с последующей релаксацией до исходного значения. Скорость ползучести титана увеличивается на ≈31 % при применении поля с индукцией 0,3 Тл в процессе испытания (без применения поля скорость ползучести составляет 2,4 %/ч, в магнитном поле – 3 %/ч). Анализ поверхности разрушения методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показал, что образцы титана испытывают вязкий излом. Поверхность излома характеризуется многочисленными равноосными ямками разрушения. Стоит отметить, что ямки с участками вытяжки присутствуют преимущественно на образцах, разрушенных в условиях ползучести в постоянном магнитном поле 0,3 Тл.