№ 4 (2023)

В работе исследовался сплав Al–Mg–Si, не содержащий скандия и циркония, а также сплав Al–Mg–Si–Sc–Zr с избытком кремния. Для сплава Al0,3Mg1Si0,3Sc0,15Zr была проведена многоступенчатая термическая обработка, включающая в себя отжиг при температуре 440 °С в течение 8 ч, высокотемпературный отжиг при 500 °С в течение 0,5 ч и искусственное старение при температуре 180 °С с выдержкой 5 ч. Сплав Al0,3Mg1Si подвергался отжигу при 550 °С в течение 8 ч, затем проводилось искусственное старение аналогично сплаву с добавками Sc и Zr. Для изучения тонкой структуры проводилось исследование при помощи просвечивающей электронной микроскопии. В литом состоянии и после каждой стадии термической обработки определялись механические свойства сплавов. Установлено, что в сплаве, легированном Sc и Zr, уже на стадии формирования литой структуры происходит образование частиц Al₃Sc. При последующем искусственном старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием частиц β" (Mg₅Si₆), улучшающих механические свойства. Установлено, что в сплаве с содержанием скандия формируется меньше частиц β" (Mg₅Si₆), в результате его прочностные свойства несколько хуже, чем у базового сплава. Кроме того, данные частицы крупнее, чем в сплаве, не содержащем скандий. Это объясняется тем, что для сплава со скандиевыми добавками невозможно проведение полноценной закалки.

Магниевые сплавы – идеальный материал для создания легких и прочных современных транспортных систем, однако его широкое применение ограничено из-за некоторых физико-химических свойств. В работе рассмотрен эффект нелинейной упругой разгрузки магниевого сплава МА14 (ZK60, Mg‑5,4Zn‑0,5Zr) в крупнозернистом состоянии после рекристаллизационного отжига. Установлено, что нелинейность характеристики разгрузки формируется после достижения определенного порогового уровня напряжения. Предполагается, что изучаемый эффект связан с деформационным поведением сплава, при котором наблюдается формирование двойниковой структуры по механизму двойникования растяжения. Микроструктура материала образцов была определена методами растровой электронной микроскопии с применением анализа дифракции обратно рассеянных электронов. Определение порогового напряжения формирования нелинейности разгрузки было проведено двумя методами: 1) по величине площади петли, образуемой нелинейностью механической характеристики разгрузки и характеристики повторного нагружения (механический гистерезис), и 2) по анализу акустической эмиссии, зарегистрированной при растяжении до разрушения. Сопоставление полученных результатов позволяет предположить, что нелинейность разгрузки обусловлена двойникованием в зернах, в которых наблюдается невыгодная конфигурация (низкий фактор Шмидта) для дислокационного скольжения. Разворот продвойниковавшего кристалла на угол, близкий к 90°, не способствует повышению фактора Шмидта и активации систем скольжения дислокаций для закрепления деформированной структуры по механизму дислокационного упрочнения. При последующем снижении величины внешнего напряжения происходит раздвойникование и частичное восстановление конфигурации кристаллической решетки.

Проведен сравнительный анализ структуры и твердости чистых металлов с гранецентрированной кубической решеткой – алюминия, никеля и меди, подвергнутых комплексной термомеханической обработке (ТМО), включавшей изотермическую криогенную прокатку при температуре жидкого азота и последующую электроимпульсную обработку (ЭИО) токами высокой плотности. Рассмотрены основные этапы, особенности и преимущества ТМО, обеспечивающие сначала сильный наклеп обрабатываемого материала за счет деформации при отрицательных температурах, а затем его сверхбыстрый контактный электроимпульсный нагрев до заданной температуры. С использованием современных методов сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведено многоуровневое исследование структуры металлов после основных этапов ТМО с фиксацией широкого спектра ее линейных и угловых параметров. Выявлены кинетика и природа процессов трансформации структуры металлов при криопрокатке и ЭИО, их движущая сила и контролирующие факторы, а также общие закономерности и температурные интервалы активации возврата и рекристаллизации деформационной структуры под воздействием электроимпульса. На основе результатов анализа структурно-механического поведения металлов сделан вывод о том, что сочетание большой пластической криогенной деформации с последующей однократной обработкой ультракороткими импульсами переменного тока является эффективным способом получения полуфабрикатов с регламентированными параметрами их структуры и свойств, в т. ч. высокопрочного ультрамелкозернистого проката. При этом феноменология и природа упрочнения/разупрочнения металлов при криогенной прокатке и последующей обработке импульсами тока аналогичны наблюдающимся при холодной прокатке и печном отжиге.

Микродуговое оксидирование является перспективной технологией получения износостойких антикоррозионных покрытий изделий из вентильных металлов и сплавов и применяется во многих отраслях промышленности. Одной из основных проблем данной технологии является низкая управляемость, обусловленная сложностью и взаимосвязанностью физико-химических явлений, происходящих в процессе нанесения покрытий. Для решения подобных проблем в настоящее время активно используются цифровые двойники. Исследование посвящено разработке математических моделей, которые целесообразно использовать в качестве структурных элементов цифрового двойника процесса микродугового оксидирования. Представлена электрическая схема замещения гальванической ячейки микродугового оксидирования, учитывающая сопротивление электролита, сопротивление покрытия детали в виде параллельного соединения нелинейного активного сопротивления и реактивного емкостного сопротивления. Предложена математическая модель, описывающая поведение электрической схемы замещения гальванической ячейки микродугового оксидирования. Разработана методика определения параметров указанной модели, включающая построение осциллограммы изменения сопротивления ячейки и ее аппроксимацию, оценку значений сопротивлений и емкости схемы замещения гальванической ячейки. Предложен способ расчета и разработана Simulink-модель процесса микродугового оксидирования, позволяющая имитировать осциллограммы тока и напряжения гальванической ячейки. Анализ модели показал, что модель устойчива, управляема и наблюдаема, но плохо обусловлена, что приводит к возникновению ошибок моделирования, максимальное значение которых составляет 7 % для напряжения и 10 % для тока. Методом параметрической идентификации с использованием экспериментальных осциллограмм тока и напряжения получены зависимости параметров схемы замещения гальванической ячейки от времени оксидирования. Установлено, что изменение среднего за период активного сопротивления гальванической ячейки коррелирует с толщиной покрытия.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) является одним из перспективных способов получения прочных и износостойких композитов. Особый интерес представляет использование меди в качестве матрицы из-за уникального сочетания электро- и теплопроводности. Монолитные СВС-композиты системы Cu–Ti–C–B и Cu–Ti–C в настоящее время мало изучены. Сведения о фазовом составе таких композитов весьма противоречивы, а данные по микромеханическим свойствам практически отсутствуют. В работе представлены результаты сравнительного анализа структуры и микромеханических свойств композитов систем Cu–Ti–C и Cu–Ti–C–B. Установлено, что матрицей обоих композитов является пересыщенный титаном твердый раствор на основе меди, в котором при охлаждении выделяются наноразмерные частицы интерметаллида Cu₄Ti. Упрочняющими фазами, образующимися в результате СВС, являются частицы TiC (композит Cu–Ti–C) и частицы TiC и TiB₂ (композит Cu–Ti–C–B). В композите Cu–Ti–C–B сохранились исходные частицы непрореагировавшего карбида бора В₄C, микротвердость которых составила 3680 HV 0,1. Наиболее пластичной структурной составляющей является механическая смесь Cu+Cu₄Ti в композите системы Cu–Ti–B, за счет которой возможна последующая пластическая деформация с целью получения деталей заданной формы. При исследовании микромеханических свойств максимальные показатели прочности H_IT, HV, W_е, R_e, H_IT/E* были зафиксированы в композите системы Cu–Ti–C–B, что позволяет ожидать высокую износостойкость изделий из него.

Сплав Fe–Ga является перспективным магнитострикционным материалом благодаря оптимальному сочетанию функциональных свойств и относительно низкой цены за счет отсутствия редкоземельных элементов в составе. Для получения максимальной магнитострикции в поликристаллах Fe–Ga необходимо создавать кристаллографическую текстуру с преобладанием направления <100>, поскольку наибольшей является константа тетрагональной магнитострикции. Традиционные методы термомеханической обработки не приводят к формированию такой текстуры в сплаве с ОЦК-решеткой. В работе впервые предложено использовать угловую прокатку с целью увеличения доли благоприятных текстурных компонент. Теплая прокатка со степенью деформации 70 % была реализована под углами 0, 30 и 90° по отношению к направлению горячей прокатки. Текстура деформации анализировалась с помощью рентгеновского текстурного анализа, а текстура и структура материала после рекристаллизации – методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) на сканирующем электронном микроскопе. Количественный анализ текстур проводился с помощью метода функции распределения ориентаций с использованием программного обеспечения ATEX. Количественно определена объемная доля некоторых компонент. Показано, что существенное изменение в текстурах деформации и первичной рекристаллизации происходит при прокатке под углом 90°. Образец после такой прокатки содержит наибольшее количество плоскостной компоненты {100}. Установлена зависимость между текстурой деформации и рекристаллизации в Fe–Ga: так, для повышения доли компонент с кристаллографическим направлением <001> при рекристаллизации необходимо присутствие в текстуре деформации плоскостных компонент {111}, что связано с преимущественным ростом благоприятных компонент в деформационной матрице с такой текстурой.