Визначено характеристики міцності <$E epsilon sub e> (пружну деформацію під індентором) і пластичності <$E delta sub H> азотованих шарів сплавів заліза за допомогою методу локального навантаження. Згідно з результатами мікромеханічних випробувань установлено, що азотовані шари за своїми механічними властивостями наближаються до керамічних матеріалів.

За допомогою методу наноіндентування досліджено вплив нано-, субмікро- і мікроструктурного стану на пружні властивості поверхневого шару армко-заліза, одержаного при обробці тертям в аргоні, на повітрі та в аміаку. Показано, що найбільш істотні зміни модуля Юнга заліза відбуваються при одночасному подрібненні його зеренної структури до нанорозмірної та насиченні азотом.

Розглянуто особливості механічної поведінки нано- та субмікроструктурного заліза, одержаного інтенсивною пластичною деформацією (ІПД) тертям у різних газових середовищах (аргону, повітря, аміаку). За допомогою методу наноіндентування зареєстровано вплив нано- та субмікроструктурного стану на твердість Hh і характеристику пластичності <$E delta>A заліза. У процесі диспергування зеренної структури заліза до нанорозмірної з одночасним насиченням азотом (ІПД тертям в аміаку) виявлено порушення закону Холла - Петча. Показано, що механічні властивості заліза в наноструктурному стані можуть принципово змінюватися за наявності нанокристалічних частинок другої фази (Fe4N), які можуть утворюватися внаслідок розпаду пересиченого твердого розчину під час природного старіння азотованого заліза.

На прикладі порошкових жароміцних алюмінієвих сплавів Al94Fe3Cr3 і Al94Fe2,5Cr2,5Ti1, одержаних за допомогою методу водяного розпилення, експериментально обгрунтовано ефективність способу холодного газодинамічного напилення щодо консолідації металевих частинок шляхом інтенсивної пластичної деформації із збереженням в їх структурі дисперсних частинок метастабільної квазікристалічної фази з нано- та субмікронними розмірами (<$E <<~100~-~200> нм). Розвинено модель пластичного деформування порошкових частинок металевого сплаву за умов холодного газодинамічного напилення та досліджено його вплив на структуру та механічні властивості одержаних покриттів і підкладки.

Наведено відомості щодо нового класу надлегких спінених і високопористих матеріалів з комірковою структурою. Крім розповсюджених високопористих неметалевих матеріалів (керамічних, скляних, полімерних, кам'яних) увагу приділено новітнім спіненим і високопористим металевим матеріалам (в тому числі, спіненому алюмінію). Висвітлено особливості структури, теоретичні засади впливу пористості та топології комірок на властивості матеріалу, методи дослідження структури й атестації властивостей, способи одержання спінених і високопористих матеріалів, а також галузі їх застосування. Проаналізовано багатофункціональність зазначеного класу матеріалів, що надає їм значні переваги над традиційними суцільними матеріалами.

Розглянуто теоретичні основи та практичне застосування класичних методів вимірювання твердості на макро- та мікрорівнях, а також можливості методу мікротвердості для оцінювання пластичності матеріалів за умов ідентування (мікромеханічних випробувань). Висвітлено сучасне уявлення фізичного матеріалознавства щодо закономірностей деформації та руйнування кристалічних матеріалів (в т.ч. матеріалів, крихких за стандартних випробувань) за умов локального навантаження жорсткими індеаторами. Наведено конструкцію приладів для вимірювання твердості та мікротвердості, а також лабораторні роботи з визначення твердості та характеристики пластичності. Розглянуто практичні рекомендації для самостійного використання вказаних методів випробувань з метою набуття та поглиблення знань, умінь і навичок у ході розв'язання практичних задач.

Наведено дані щодо фазових перетворень в процесі одержання нанокомпозита типу Nd2Fe14B/Fe3B шляхом спінінгування з наступним кристалізаційним відпалом сплаву Nd - Fe - B з низьким вмістом неодиму та бору. Кристалізація попередньо аморфізованого сплаву відбувається в чотири стадії і закінчується формуванням нанокомпозитної структури з розміром зерен 27 нм. Особливістю цього сплаву є присутність у його структурі магнітом'якої метастабільної Nd2Fe23B3 фази.

Методами рентгеновского анализа, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, а также с применением современных методов микромеханических испытаний исследовано влияние схемы и режимов деформации на эволюцию структуры и механических свойств порошковых алюминиевых сплавов Al - Fe - Cr с мелкодисперсными частицами метастабильных квазикристаллических фаз в условиях комплексного влияния температуры и давления при консолидации экструзией и холодным газодинамическим напылением (ХГН). Показана эффективность метода ХГН с точки зрения полного сохранения содержания в сплаве нано- и субмикроразмерных частиц метастабильной квазикристаллической фазы, тогда как после экструзии установлено уменьшение на 23 % ее содержания в матричном твердом растворе <$E alpha>-Al. Установлено, что метод ХГН способствует повышению характеристик прочности почти на 30 % по сравнению с соответствующими характеристиками сплава после экструзии. При этом значительное повышение прочности сопровождается лишь незначительным (7 %) уменьшением характеристики пластичности (<$E delta sub H "/" delta sub A>), значения которой остаются близкими к критическому значению (<$E delta sub H~=~0,90>), что свидетельствует о пластичном поведении материала в условиях растяжения и изгиба.

Досліджено вплив деформації екструзією на структуру порошкового композиційного квазікристалічного сплаву системи Al - Fe - Cr. Використано порошковий алюмінієвий сплав Al94Fe3Cr3 з дрібнодисперсними квазікристалічними частинками, одержаний за допомогою методу розпилення водою високого тиску та консолідований екструзією. Методами рентгеноструктурного аналізу, сканувальної та просвічувальної електронної мікроскопії встановлено, що консолідація порошкового сплаву Al94Fe3Cr3 шляхом одноосьової деформації екструзією, яку здійснюють за підвищених температур (653 К) та значного тиску (у повздовжньому та поперечному напрямках відповідно Pl - 1,42 ГПа та Pt - 3,30 ГПа), призводить до деякої втрати вмісту метастабільної квазікристалічної фази в алюмінієвій матриці у порівнянні з вихідним сплавом у вигляді порошку, що може зменшувати зміцнення сплаву в цілому.

Наведено результати дослідження термічного розкладання в повітряному середовищі компонентів композиційного палива - торфу, деревини, газетного паперу, пакувального картону та текстилю.

Із застосуванням розробленої методики прецизійного синхронного термічного аналізу та залученням фазового рентгеноструктурного аналізу вивчено фазові та структурні перетворення під час нагрівання порошку наноквазікристалічного сплаву <$E roman {Al sub 94 Fe sub 3 Cr sub 3}>, одержаного за допомогою методу розпилення розплаву водою високого тиску (P = 10 МПа). Встановлено особливості та визначено температурні інтервали фізико-хімічних процесів, які відбуваються зі зміною маси та супроводжуються відповідними тепловими ефектами. За одержаними даними еволюція структури супроводжується дегідратацією гідрооксиду алюмінію, присутнього на поверхні порошкових часток і порах у вигляді нанорозмірного шару рентгеноаморфного гідраргілліту <$E roman {Al sub 2 O} sub 3~cdot~n roman {H sub 2 O}>. Нагрівання квазікристалічного порошку супроводжується реорганізацією дислокацій і рекристалізацією твердого розчину <$E alpha>-Al, а також перетворенням наноквазікристалічних частинок i-фази на звичайні кристалічні сполуки: метастабільний інтерметалід <$E roman {Al sub 6 Fe}> і стабільні <$E theta>-фази: <$E roman {Al sub 13 Cr sub 2}> і <$E roman {Al sub 13 Fe sub 4}>.

Індекс рубрикатора НБУВ: К204.3 + В371.236

Рубрики:

Структурні та фазові перетворення в металах і сплавах. Теорія термічної обробки

Шифр НБУВ: Ж26618 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

За допомогою методу наноіндентування досліджено вплив нано- та субмікроструктурного стану на механічні характеристики (твердість, пластичність і модуль Юнга) <$E alpha>-заліза, підданого інтенсивній пластичній деформації тертям в аргоні. У разі зменшення зерен до розмірів 20 нм виявлено зниження значень модуля Юнга на 10 % у порівнянні з крупнокристалічним залізом. У разі зменшення зерен до розмірів <$E d~<<~50> нм коефіцієнт Холла - Петча <$E k sub y> зменшується приблизно на порядок у порівнянні з величиною <$E k sub y~=~0,39> МПа <$E cdot> м<^>3/2, характерною для крупнозернистого заліза. На відміну від ГЦК металів, в яких у разі зменшення розміру зерен до 20 нм твердість тільки підвищується, а пластичність знижується, в ОЦК залізі встановлено зворотний ефект - зменшення розмірів зерен від 50 до 20 нм викликає зниження твердості (від 5,8 до 3,7 ГПа) та підвищення характеристики пластичності <$E delta sub A> (від 0,82 до 0,87).

Досліджено структуру, фазовий склад та механічні властивості покриттів з композиційного квазікристалічного сплаву Al - Fe - Cr, одержаних за допомоою методу холодного газодинамічного напилення (ХГН) на сталеву підкладку. Показано ефективність методу ХГН щодо повного збереження частинок метастабільної квазікристалічної i-фази в алюмінієвій матриці, що забезпечує комбінацію високої міцності і достатньої пластичності, необхідної для використання покриттів в інженерній практиці.

Квазікристалічні сплави на основі Al належать до класу найновітніших металевих матеріалів для застосування в легких інженерних конструкціях, насамперед в авіації, автотранспортній галузі. Зазначені матеріали найчастіше виготовляють у вигляді порошків, що зумовлено великою продуктивністю методів порошкової металургії. Отже, важливе значення у виготовленні виробів належить методам компактування порошків, але це пов'язано з певними труднощами, тому вибирати їх потрібно, зважаючи не тільки на схильність квазікристалів до крихкого руйнування, але і на метастабільну природу квазікристалічних фаз. Певні можливості в цьому напрямі надає метод квазігідростатичного стиску, який може забезпечити нетривіальну комбінацію властивостей міцності та пластичності матеріалів. Мета дослідження - вивчення впливу високого тиску за умов квазігідростатичного стиску на формування структури, фазового складу і механічних властивостей квазікристалічного Al94Fe3Cr3-сплаву. Порошок сплаву Al94Fe3Cr3 з розміром частинок <$E symbol Г~40> мкм виготовлено методом диспергування розплаву струменями води з високим тиском. Консолідацію порошку сплаву здійснювали в умовах квазігідростатичного стиску в комірках високого тиску за кімнатної температури під тиском 2,5; 4 і 6 ГПа. Структуру, фазовий склад і механічні характеристики сплаву досліджували методами скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), рентгеноструктурного аналізу та мікромеханічних випробувань. За допомогою методів фазового рентгенівського аналізу та СЕМ встановлено повне збереження вмісту квазікристалічної ікосаедричної фази (і-фази) в структурі Al94Fe3Cr3 сплаву після його консолідації за різного тиску (2,5; 4 і 6 ГПа) за умов квазігідростатичного стиску за кімнатної температури. Незважаючи на високий тиск, прикладений під час консолідації, морфологія частинок квазікристалічної фази, що містяться в деформованому матричному <$E alpha>-Al твердому розчині, залишається незмінною. Механічні властивості консолідованого сплаву перевищують аналогічні характеристики сплаву, компактованого гарячою екструзією. Висновки: консолідація порошку Al94Fe3Cr3-сплаву за умов квазігідростатичного стиску надає можливість повного збереження частинок метастабільної квазікристалічної і-фази в алюмінієвій матриці, що забезпечує комбінацію високої міцності та достатньої пластичності, необхідної для використання в інженерній практиці.