КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 15-13-20030

НазваниеЭкспериментальные и теоретические исследования фундаментальных закономерностей зарождения и последующей эволюции фрагментированных структур при интенсивной пластической деформации металлов и сплавов в широком диапазоне температурно- скоростных режимов и технологических схем нагружения.

РуководительРыбин Валерий Васильевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук», Нижегородская обл

Года выполнения при поддержке РНФ 2015 - 2017 

КонкурсКонкурс 2015 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований в небольших группах под руководством ведущих российских и зарубежных ученых»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые словаразвитая и интенсивная пластическая деформация кристаллов; иерархия микро-, мезо- и макроуровней пластической деформации; сдвиговые и ротационные моды пластичности; стыковые и частичные дисклинации; фрагментация; методология TEМ и EBSD изучения сильно разориентированных структур деформационного происхождения; функции распределения фрагментов по размерам и разориентировкам; экспериментальное изучение и компьютерное моделирование функций распраделения; компьютерное моделирование процессов зарождения мезоструктурных элементов деформационного происхождения; методы измерения величины больших и сверхбольших деформаций при ламинарном и турбулентном характере пластического течения кристаллов

Код ГРНТИ29.19.04, 29.19.11, 29.19.13


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Начало двадцать первого века ознаменовалось бурным развитием науки о материалах. Для строительства машин, узлов и оборудования особо ответственного назначения потребовались конструкционные и функциональные материалы, обладающие принципиально новым набором физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик. Во многих случаях этим требованиям удовлетворяют объёмные наноструктурированные и ультрамелкозернистые (УМЗ) материалы, а также сложные композиты, составленные из несоединяемых традиционными способами металлов и сплавов. Для создания столь необычных, не имевших ранее аналогов материалов, в СССР, а впоследствии, в РФ и за рубежом были разработаны уникальные технологии их производства. К ним относятся различные варианты технологий интенсивной пластической деформации (ИПД), в том числе ИПД технологии, основанные на применении взрывной обработки. Отличительным признаком всех ИПД технологий является аномально большая величина деформации (от 1 до 5) и скорость пластической деформации (от 0.1 до 10^6 с^-1), а также аномально большая величина действующих в очаге деформации упругих напряжений (1-10 ГПа). К сожалению, в настоящее время в научной литературе практически отсутствует информация об экспериментальных или теоретических исследованиях, в которых бы высокоразрешающими методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии систематически изучалась эволюция структур деформационного происхождения в указанных диапазонах изменения степени и скорости деформации и напряжения, и которые поэтому могли бы стать надёжной основой для создания научно обоснованной физической теории ИПД - теории, описывающей процесс формирования УМЗ структур деформационного происхождения, а также фрагментированных структур, возникающих в тонком приконтактном слое при сварке взрывом, при взаимодействии ударника с преградой, в других не менее важных случаях. Очевидно, что такое положение дел недопустимо. Оно не способствует научно обоснованному развитию и совершенствованию ИПД технологий, а также технологий получения УМЗ материалов , технологий сварки взрывом, разработке бронестойких материалов и конструкций. Приведённые аргументы показывают, что предлагаемый проект весьма актуален и отличается новизной постановки как в фундаментальном, так и в прикладном отношениях. Реализация предлагаемого проекта позволит серьёзно продвинуться в понимании физической природы и закономерностей развития процессов структурообразования при экстремальных режимах пластической деформации металлов и сплавов, а также укрепить лидирующее положение отечественной науки в области физики развитой пластической деформации кристаллических твёрдых тел. В практическом плане выполнение проекта будет способствовать созданию в Российской Федерации новых конкурентных ИПД технологий. В том числе, технологий получения новых конструкционных и функциональных материалов с необычным сочетанием физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик.

Ожидаемые результаты
Предполагается, что по завершению проекта будут получены следующие результаты. 1) С помощью оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии (то есть на макро-, мезо- и микроуровнях развития пластической деформации) будут впервые в мире систематически изучены последовательные этапы формирования разориентированных мезоструктур деформационного происхождения (ДП), начиная от зарождения первых стыковых и частичных дисклинаций до образования развитой фрагментированной структуры. Будут выявлены качественные характеристики процесса преобразования структурного состояния по мере увеличения деформации ( от 0,5 до 5) , а также его количественные характеристики в виде гистограмм распределения элементов мезоструктуры по размерам и разориентировкам. Исследования будут проведены не менее, чем для трёх разных значений локальной пластической деформации на трёх материалах, отличающихся строением кристаллической решётки, величиной энергии дефекта упаковки, склонностью к деформационному двойникованию и температурой рекристаллизации (технически чистые медь, алюминий и железо). Для того, чтобы обнаружить возможное влияние скорости пластической деформации и вида упруго напряжённого состояния интенсивная пластическая деформация заготовок будет осуществлена по четырём различным технологиям: статическое и динамическое равноканальное угловое прессование (РКУП), сварка взрывом листовых заготовок и всесторонняя ковка. В результате, впервые для каждой технологии ИПД и каждого выбранного для исследования материала будут построены зависимости средних по ансамблю разориентировок и размеров мезоструктурных элементов от величины локальной пластической деформации Полученные таким образом результаты послужат надёжной основой для построения физической теории ИПД. 2) На базе разработанных ранее моделей [V. V. Rybin, N. Yu. Zolotorevskii, and E. A. Ushanova. Analysis of the Misoriented Structures in the Model Copper–Copper Compound Formed by Explosion Welding. Technical Physics, 2014, Vol. 59, No. 12, pp. 1819–1832.] и описанных выше экспериментальных наблюдений будет проведено компьютерное моделирование элементарных процессов зарождения в условиях ИПД простейших мезодефектов. Их эволюция по ходу увеличения деформации в конечном счёте приводит к формированию фрагментированных структур. Речь идёт о стыковых дисклинациях, о зарождающихся на стыках частичных дисклинациях и о реакциях их ветвления . Полученные в части 1) экспериментальные данные будут использованы в части 2) для калибровки результатов моделирования. Таким образом, впервые будут построены и верифицированы физические модели зарождения и развития мезоуровня пластической деформации. Впервые будет продемонстрировано как характерные для микроуровня трансляционные моды пластичности на мезоуровне трансформируются в моды ротационные . 3) На базе недавно полученных результатов по компьютерному моделированию функций распределения разориентировок [ В.В.Рыбин, Н.Ю.Золоторевский, Э.А.Ушанова. Анализ разориентированных структур в модельном соединении медь-медь, полученном сваркой взрывом. Журнал Технической физики. 2014, том 84, в.12, с.81-95 ] впервые будет проведён системный анализ парциальных вкладов различных механизмов фрагментации ( классическая фрагментация объёма зерна, фрагментация наследственных большеугловых границ зёрен, фрагментация границ деформационных двойников и фрагментация большеугловых границ, обусловленных фазовым превращением (когерентно обусловленные границы)), которые реализуются при ИПД в металлических заготовках, различающихся температурой рекристаллизации. 4) Для решения поставленных в пп.1)-3) задач, а также в более общем случае - при изучении ИПД, вызывающих не ламинарное, а турбулентное течение металла, необходимо уметь измерять величину локальной пластической деформации. Эта фундаментальная проблема, имеющая большое значение для физики пластичности в целом, является приоритетной и для данного проекта. Впервые она будет решена на основе методов, развитых в п.3).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Выполнен первый этап работы по созданию банка экспериментальных данных по фрагментированным структурам, формирующимся в ходе интенсивной пластической деформации в металлах, различающихся типом кристаллической решётки, энергией дефекта упаковки и температурой плавления. Получены данные для Al, Cu и Fe, продеформированных в интервале гомологических температур от 0.17 до 0.41, интервале величин деформаций от 1 до 2 скоростей дефомации от 10 до 1000000 обратных секунд при трёх вариантах схем нагружения-всего 48 состояний (16 вариантов интенсивной пластической деформации для каждого из трёх металлов). Проведён полный цикл экспериментов по анализу морфологических и кристаллогеометрических особенностей фрагментированных структур деформационного происхождения методами оптической металлографии и растровой электронной микроскопии (включая EBSD анализ) для двенадцати состояний. Проведено детальное изучение фрагментированной структуры и спектров разориентировок материалов неразъемных соединений Сu-Сu, Al-Al и Fe-Fe, полученных сваркой взрывом. Показано, что: - При сварке взрывом пластическая деформация металла крайне неоднородно распределена по сечению сварного соединения и резко нарастает по мере приближения к поверхности контакта свариваемых пластин. На участках, непосредственно прилегающих к поверхности контакта, для всех изученных соединений обнаружено явление аномальной локализации пластического течения металла, которое на макроуровне реализуется в виде образования и развития вихреподобных пластических струй, а на мезоуровне - в формировании ярко выраженной фрагментированной структуры, тем более совершенной, чем ближе к поверхности контакта располагается анализируемый участок. -Наряду с этими общими для всех изученных соединений Сu-Сu, Al-Al и Fe-Fe закономерностями развития фрагментированных структур, наблюдаются различия, обусловленные особенностями физико-механических свойств свариваемых металлов. В случае соединения Cu-Cu существенный вклад в структурообразование дает динамическое деформационное двойникование. Установлено, что при деформации со сверхвысокими скоростями порядка одной обратной микросекунды оно увеличивает деформационное упрочнение меди по сравнению с деформацией ее при обычных скоростях. - В соединении Fe-Fe на некоторых участках, непосредственно прилегающих к области контакта, наблюдаются узкие слои мелкозернистой рекристаллизованной структуры с размером зерна ~ 1 мкм. И уже к ним примыкают фрагментированные мезополосы. - В соединении Al-Al наблюдается существенное увеличение размеров и округление фрагментов. Предложена физическая модель формирования на стыках большеугловых границ зёрен оборванных дислокационных границ – частичных дисклинаций деформационного происхождения. Модель объясняет, почему и каким образом в поликристаллах, пластическая деформация которых на микроуровне осуществляется исключительно посредством трансляционных сдвигов, на мезоуровне при деформации >0.2 с необходимостью образуются дефекты ротационного типа. Проведено компьютерное моделирование кинетики дислокационного ансамбля в деформируемом трикристалле, содержащем стыковую дисклинацию деформационного происхождения и выявлены условия для формирования статистически устойчивых оборванных дислокационных границ. В рамках статической и кинетической моделей определена зависимость критической мощности стыковой дисклинации деформационного происхождения, при которой образуются устойчивые границы, от ориентации систем скольжения и величины внешнего напряжения. Показано, что в условиях кинетики устойчивые стенки формируются при значениях мощности стыковой дисклинации в два-три раза меньше, чем в статической модели. Разработана методика компьютерного моделирования спектров разориентировок границ деформационного происхождения в материалах, в формировании структуры которых принимают участие несколько одновременно протекающих различных физических процессов образования разориентированных структур, в том числе большеугловых границ, возникающих в результате фрагментации, рекристаллизации, фазовых превращений, двойникования и т.д.. Методика базируется на моделировании парциальных спектров разориентировок, каждый из которых отвечает границам, образовавшимся в результате действия особого механизма и описывается присущей только ему функцией распределения. Линейная суперпозиция этих парциальных спектров определяет общее распределение разориентировок. Впервые на примере железа показано, что существенный вклад в формирование в спектр разориентировок границ деформированных материалов, испытывающих фазовые превращения, вносят кристаллографически обусловленные границы. Учет этого эффекта позволяет с высокой точностью описать спектры разориентировок границ.

 

Публикации

1. N.Y. Zolotorevsky, V.V. Rybin, E.A. Ushanova, N.Y. Ermakova MICROSTRUCTURE FORMATION DURING INHOMOGENEOUS DYNAMIC DEFORMATION PRODUCED BY STEEL PLATES BONDING Materials Physics and Mechanics, 24 (2015) с. 259-265 (год публикации - 2015).

2. V.V. Rybin, E.A. Ushanova, N.Y. Zolotorevsky, N.Y. Ermakova STUDY OF COPPER WORK-HARDENING BEHAVIOR ON A SINGLE SAMPLE EXPERIENCED INHOMOGENEOUS DYNAMIC DEFORMATION Materials Physics and Mechanics, 24 (2015) с. 253-258 (год публикации - 2015).

3. В.В.Рыбин, В.Н. Перевезенцев, Ю.В.Свирина МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОБОРВАННЫХ ДИСЛОКАЦИОННЫХ ГРАНИЦ НА СТЫКОВЫХ ДИСКЛИНАЦИЯХ Журнал Технической Физики, том 86, вып. 6 (год публикации - 2016).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Выполнен полный цикл экспериментов по анализу морфологических и кристаллогеометрических особенностей фрагментированных структур деформационного происхождения в металлах, различающихся типом кристаллической решетки, энергией дефекта упаковки, температурой плавления (Al, Cu, Fe), продеформированных при различных схемах и режимах интенсивной пластической деформации (всего 23 структурных состояния): - медь технической чистоты после одноосного сжатия со скоростью 10 1/с до истинных деформаций 1, 1.5 и 2 при температурах 20, 150 и 300 градусов Цельсия в модуле Hydrawedge на комплексе Gleeble-3800 (всего 9 состояний); - армко-железо после многоосевой деформации (2D-ковка) в модуле MAXStrain на комплексе Gleeble-3800 до степеней деформации 1, 3 и 5 при комнатной температуре (всего 3 состояния); - медь технической чистоты (после 1, 2 и 4 проходов), армко-железо (после 1 и 2 проходов) и алюминий технической чистоты (после 1 и 4 проходов), после деформации методом динамического канального прессования (всего 7 состояний) - медь технической чистоты (после 1 и 2 проходов) продеформированная методом статического равноканального прессования по маршрутам 1А (истинная деформация 0.88), 2А и 2В (истинная деформация 1.76) при комнатной температуре и по маршруту 1А при температуре 350 градусов Цельсия (всего 4 состояния). Для каждого из перечисленных 23-х состояний методами EBSD проведено исследование структур деформационного происхождения, включающее в себя: картографирование и получение гистограмм распределений фрагментов по разориентировкам, форме и размерам. Особое внимание уделялось подробному изучению гистограмм распределения разориентировок. Показано, что найденные распределения разориентировок фрагментов представляют собой наложение нескольких парциальных спектров. Первый из них представляет собой малоугловой пик, расположенный в интервале от 1 до 15 градусов с максимумом вблизи 8- 10 градусов. Второй - "среднеугловой" парциальный спектр, расположенный в интервале углов разориентировок от 0 до 60 градусов, с максимумом в районе 45 градусов, обусловлен фрагментацией большеуловых границ зерен исходного кристалла. Третий парциальный спектр разориентировок, расположенный вблизи 60 градусов, связан с фрагментацией двойниковых границ - исходно существовавших в кристалле, либо появившихся в нём на определённом этапе деформации в результате деформационного двойникования. Четвертый пик проявляется только в металлах, испытывающих полиморфные фазовые превращения и связан с фрагментацией кристаллографически обусловленных границ. Установлено, что парциальные вклады перечисленных механизмов фрагментации зависят от физических свойств и типа кристаллической структуры пластически деформируемого металла , а также от температурно-скоростных режимов его деформации. Идентификация парциальных механизмов фрагментации и определение величины их парциальных вкладов являлась одной из основных задач проекта. Для всех изученных состояний обнаружена общая закономерность – формирование при больших пластических деформациях морфологически подобных фрагментированных структур и наличие на гистограммах разориентировок характерного малоуглового пика. Установлено, что его появление обусловлено процессом фрагментации объёма зёрен исходного поликристалла. Одинаковость формы и расположения на оси разориентировок этого пика для металлов, различающихся типом кристаллической решётки и энергией дефекта упаковки, термодинамическими и механическими свойствами, пластически деформируемыми по разным технологическим схемам, при разных температурах, со скоростями, различающимися на пять порядков величины, указывают на универсальность явления фрагментации. Разработана методика определения локальной деформации в данном конкретном месте образца , основанная на анализе разориентировок на границах генетически связанных с исходными двойниками. Проведено компьютерное моделирование начальных стадий фрагментации. Показано, что при различных способах генерации решеточных дислокаций (генерация дислокационных петель в объеме или испускание дислокаций границами зёрен) характер пластического течения в зёрнах поликристалла и закономерности процесса формирования в них разориентированных структур, принципиально не меняются. Показано, что в общем случае оборванные дислокационные границы деформационного происхождения имеют сложную морфологию и могут быть представлены в виде суперпозиции непосредственно примыкающих к изломам фасеток прямолинейных оборванных дислокационных границ, формирующихся в упругом поле линейных мезодефектов (стыковых дисклинаций деформационного происхождения), и примыкающих к ним изогнутых оборванных дислокационных субграниц, располагающихся вдоль участков изолиний нулевых внутренних напряжений, создаваемых системой планарных мезодефектов, расположенных на фасетках большеугловой границы зерна. Показано хорошее соответствие результатов моделирования с экспериментальными данными по наблюдению разориентированных структур деформационного происхождения в армко-железе, продеформированном путем плоского сжатия до величины истинной деформации ε = 1. Предложена качественная модель начальных этапов процесса фрагментации. Показано, что образование фрагментированной структуры представляет собой самовоспроизводящейся (автомодельный) процесс взаимодействия трансляционных микро (решёточные дислокации) и ротационных мезо (частичных дисклинаций деформационного происхождения) дефектов. Определены области существования устойчивых кинетически сформированных в процессе пластической деформации вблизи стыковых дисклинаций оборванных дислокационных границ в пространстве силовых и геометрических параметров задачи (мощность дисклинации, величина внешнего напряжения и углы, задающие ориентации оси растяжения и плоскостей скольжения решеточных дислокаций).

 

Публикации

1. Золоторевский Н., Казакова Е., Казаков А., Петров С., Панпурин С. Investigation of the Origin of Coarse-Grained Bainite in X70 Pipeline Steels by EBSD Technique Materials Performance and Characterization, - (год публикации - 2017).

2. Золоторевский Н.Ю, Ермакова Н.Ю., Сизова В.С., Ушанова Е.А., Рыбин В.В. Experimental characterization and modeling of misorientations induced by plastic deformation at boundaries of annealing twins in austenitic steel Journal of Materials Science, V. 52, N 2 (год публикации - 2017).

3. Золоторевский Н.Ю., Рыбин В.В., Ушанова Э.А. Analysis of grain misorientation distribution in polygonal ferrite of low-carbon steel Materials Characterization, 122, pp. 70-75 (год публикации - 2016).

4. Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В., Кириков С.В. Моделирование дислокационных структур, формирующихся в процессе пластической деформации в упругом поле дисклинации при различных способах генерации дислокаций. Деформация и разрушение материалов, - (год публикации - 2017).

5. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Структурные превращения на начальных стадиях фрагментации пластически деформируемых поликристаллов. Компьютерный эксперимент. Журнал Технической Физики, - (год публикации - 2017).

6. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Физическая модель начальных стадий фрагментации поликристаллов в ходе развитой пластической деформации. Физика металлов и металловедение., - (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Методами оптической и высокоразрешающей электронной микроскопии проведены исследования закономерностей формирования и особенностей строения фрагментированных структур деформационного происхождения в металлах, различающихся типом кристаллической решетки, энергией дефекта упаковки, температурой плавления (Al, Cu, Fe), продеформированных при различных схемах и режимах интенсивной пластической деформации: - медь технической чистоты после 2D-ковки со скоростью деформации 10 (1/с) до степеней деформации 1, 3 и 5 при комнатной температуре; - армко-железо после одноосного сжатия со скоростью деформации 10 (1/с) до истинной деформации 2 при комнатной температуре; - алюминий технической чистоты и армко-железо (после 1 и 2 проходов) продеформированных со скоростью деформации 10^-2 (1/с) методом статического равноканального углового прессования (РКУП) по маршрутам 1А (истинная деформация 0.88), 2А и 2В (истинная деформация 1.76) при комнатной температуре; - алюминий технической чистоты после одноосного сжатия со скоростью деформации 10 (1/с) до степеней деформации 1, 1.5, 2 при температурах 20, 100 и 200 градусов Цельсия; - алюминий технической чистоты после 2D-ковки со скоростью деформации 10 (1/с) до степеней деформации 1, 3 и 5 при температуре 200С; Для всех перечисленных выше 22-х фрагментированных состояний проведено компьютерное моделирование распределений разориентировок фрагментов, которое базируется на расчете парциальных вкладов всех действующих механизмов фрагментации и описании полного спектра разориентировок в виде линейной суперпозиции парциальных вкладов. Установлено, что фрагментированная структура деформационного происхождения образуется в результате суперпозиции двух принципиально разных физических процессов: фрагментации объёма исходно однородно ориентированного кристалла (или отдельных его частей) и фрагментации исходно находящихся в нём большеугловых границ зёрен (или двойников). Соответственно, каждая из всех проанализированных фрагментированных структур деформационного происхождения в сущности являлась суперпозицией двух составляющих: границ фрагментов, образовавшихся и эволюционирующих под воздействием продолжающейся пластической деформации в объёме кристалла, и границ фрагментов, образовавшихся и эволюционирующих на исходных большеугловых границах. После больших деформацией границы фрагментов, принадлежащие этим двум подсистемам, морфологически трудно различимы. Однако на гистограммах распределения разориентировок они распознаются однозначно, поскольку при ε ≈ 1-2 границы, эволюционирующие в объеме, в основном сосредоточены в области θ<20 градусов, а границы, образовавшиеся и эволюционирующие на исходных большеугловых границах , - в области θ>20 градусов. Показано, что зарождение границ фрагментов в объёме пластически деформируемого кристалла, происходит в узкой приграничной зоне, где вблизи стыков и изломов зерен формируются специфические мезодефекты в виде оборванных дислокационных границ деформационного происхождения длиной ~ 0,1 мкм с разориентировками θ ≈ (1-2) градуса. По мере продолжающейся пластической деформации эти зародышевые оборванные дислокационные границы деформационного происхождения постепенно увеличивают свою длину и разориентировку. Впервые идентифицирован и описан элементарный механизм, позволяющий в ходе продолжающейся пластической деформации из набора непрерывно увеличивающих свою протяжённость плоских и параллельных друг другу оборванных дислокационных границ деформационного происхождения формировать двух и трёхмерные конструкции реальных фрагментированных структур. Таким механизмом оказалось ветвление растущих оборванных дислокационных границ. Морфологически ветвление проявляется в том, что на определённом этапе подрастания оборванной дислокационной границы деформационного происхождения, плоскость её залегания резко меняется: граница либо резко изгибается, либо разветвляется на два разнонаправленных рукава. Системный анализ всей совокупности полученных в рамках проекта экспериментальных данных позволил выявить следующие закономерности влияния на особенности процесса фрагментации в Al, Fe, Cu схемы деформации, скорости деформации и температуры. - Влияние схемы деформации. Фрагментированные структуры, полученные в меди и железе путем РКУП, являются более мелкодисперсными (средний размер фрагмента меньше), чем структуры, полученные путем одноосного сжатия. В то же время, параметры спектра разориентировок при одинаковой температуре деформации практически одинаковы. Фрагментация при 2D-ковке значительно меньше, чем после одноосного сжатия (и тем более, после углового прессования), причем эта тенденция усиливается при увеличении степени деформации. Распределение разориентировок после 2D-ковки отличается более низкими значениями доли большеугловых границ и средней разориентировки по сравнению со сжатием и угловым прессованием. - Влияние скорости деформации На примере меди, продеформированной методами статического РКУП и динамического канального углового прессования (ДКУП) показано, что при РКУП меди фрагментация осуществляется в основном за счет зарождения и развития дислокационных границ и постепенного увеличения разориентировок между фрагментами. Деформационное двойникование также имеет место, но вклад его не превышает 2-4%. При ДКУП двойникование играет более существенную роль, его вклад - около 10%. При этом вклад двойникования в измельчение зерна, то есть в формирование большеугловых границ, является доминирующим. Доля большеугловых границ деформационного происхождения при ДКУП меди выше, чем при РКУП, что в особенности проявляется на первом проходе. При РКУП фрагментация меди происходит более интенсивно при использовании маршрута Б, при этом средний размер фрагмента оказывается примерно таким же, как после 2 проходов ДКУП. Показано, что в крупнозернистом алюминии при ДКУП происходит деформационное двойникование. После 1 прохода мезоскопические деформационные двойники толщиной от 3 до 20 микрометров возникают преимущественно вблизи границ зерен. Фрагментация по механизму образования оборванных дислокационных границ при ДКУП не создает большеугловых границ деформационного происхождения после первого прохода. В этих условиях двойникование является основным механизмом измельчения зеренной структуры. При этом степень фрагментации алюминия при РКУП значительно выше, чем при ДКУП, хотя при РКУП алюминия двойникования, естественно, не наблюдается. В случае армко-железа, результат в части влияния скорости сдвиговой деформации противоположен тому, что получается для меди: фрагментация железа при ДКУП происходит значительно слабее, чем при РКУП. Это касается и доли большеугловых границ зерен, и, в особенности, среднего размера фрагмента: после 2 проходов РКУП доля большеугловых границ примерно вдвое выше, а размер зерна втрое меньше. - Влияние температуры. Результаты, полученные при сжатии меди, показывают, что повышение гомологической температуры от 0.2 (комнатная температура) до 0.3 (150С) практически не влияет на распределение разориентировок. Однако дальнейшее повышение гомологической температуры до 0.4 (300С) приводит к уменьшению удельной длины границ деформационного происхождения во всем диапазоне углов разориентировки. Аналогичный эффект температуры деформации наблюдается при РКУП меди (прессование проводили при гомологических температурах 0.2 и 0.45 (350С). Кроме того, понижение двойникового пика при 350С по сравнению с комнатной температурой показывает, что вклад двойникования, которое играет заметную роль при РКУП в условиях комнатной температуры, при повышении температуры уменьшается. В армко-железе, в отличии от меди, не происходит значимого изменения в распределении разориентировок при повышении гомологической температуры деформации от 0.16 (20С) до 0.37 (400С). Проведено компьютерное моделирование кинетики накопления стыковых дисклинаций деформационного происхождения и планарных мезодефектов и формирования оборванных дислокационных границ для случаев одноосного сжатия би-кристаллов и три- кристаллов с различным числом действующих систем скольжения. Показано, что мощность стыковых дисклинаций, запускающих процессы формирования оборванных дислокационных границ деформационного происхождения, сначала растёт по мере увеличения деформации, а затем при величинах истинной деформации порядка 0,2 выходит на постоянное значение, величина которого зависит от геометрии решеточного скольжения и увеличивается с ростом внешнего напряжения. Увеличение числа действующих систем скольжения в модельных поликристаллах приводит к уменьшению стационарной мощности стыковых дисклинаций. Рассчитанные при компьютерном моделировании значения мощности стыковых дисклинаций порядка 1 ̶ 2 градусов хорошо согласуются с экспериментальными измерениями. Показано, что по мере увеличения мощности стыковых дисклинаций в процессе деформации в приграничных областях зерна активируются аккомодационные системы скольжения, актуальные для суммарного поля внутренних и внешних напряжений. Когда интенсивность аккомодационных систем скольжения превышает некоторую критическую величину, в вершине сопрягающихся фасеток исходной большеугловой границы зерна или в стыке зерен, происходит зарождение оборванной дислокационной границы. При удалении оборванной дислокационной границы в процессе роста от границы зерна на некоторое критическое расстояние она резко меняет направление своего роста. Другими словами, возникает еще одна оборванная дислокационная граница, исходящая из вершины ранее сформированной границы. Такой процесс представляет собой элементарный акт ветвления оборванной дислокационной границы.

 

Публикации

1. Золоторевский Н.Ю., Рыбин В.В., Ушанова Э.А., Бродова И.Г., Петрова А.Н., Ермакова Н.Ю. Twinning in polycrystalline aluminium deformed by dynamic channel angular pressing Letters on materials, 7 (4), pp. 363-366 (год публикации - 2017).

2. Кириков С.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Компьютерное моделирование кинетики накопления первичных мезодефектов на границах и стыках зерен Деформация и разрушение материалов, - (год публикации - 2018).

3. Рыбин В.В., Золоторевский Н.Ю., Ушанова Э.А., Сергеев С., Матвиенко А.Н., Хомская И.В., Абдулина Д.А. Main patterns of lattice fragmentation in copper processed by dynamic equal-channel angular pressing Reviews on advanced materials science, - (год публикации - 2017).

4. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Кириков С.В. Формирование оборванных дислокационных границ деформационного происхождения на фасетированных границах зерен. Физика Металлов и Металловедение, - (год публикации - 2018).

5. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Investigation of the influence of strain induced junction disclinations on hardening and nucleation of cracks during plastic deformation of polycrystals. Materials Physics and Mechanics, - (год публикации - 2017).

6. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Анализ условий устойчивости плоского скопления дислокаций, заторможенного упругим полем клиновой дисклинации. Журнал технической физики, - (год публикации - 2018).

7. Сарафанов Г.Ф., Перевезенцев В.Н., Рыбин В.В. Коллективные процессы в ансамбле дислокаций и фрагментация металлов при пластической деформации. Нижний Новгород : ИПФ РАН, - (год публикации - 2017).

8. Филиппов С.А., Золоторевский Н.Ю. Orientation relationship and variant pairing in bainite of low carbon steels depending on thermomechanical treatment Materials Letters, 214, 130–133 (год публикации - 2018).