Том 24 № 4 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом.... 6 Улаханов Н.С., Тихонов А.С., Мишигдоржийн У.Л., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Проблемы исследования остаточных напряжений в упрочненном поверхностном слое инструментальных штамповых сталей после диффузионного бороалитирования................................................................................................... 18 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Иванов А.Н. Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью.... 33 Амиров А.И., Москвичев Е.Н., Иванов А.Н., Чумаевский А.В., Белобородов В.А. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У.......................................................................................................... 53 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования.............................................................................. 64 Батаев Д. К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды........................................................ 84 Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке........................................................................................ 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Ковенский И.М., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Чаугарова Л.З. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С................................................................................................................................................................ 113 Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304........................ 127 Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Горулева Л.С. Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий.................................................................................. 138 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Синтез трехкомпонентного сплава на основе алюминия методом селективного лазерного плавления......................... 151 Габец Д.А., Марков А.М., Гурьев М.А., Письменный Е.А., Насырова А.К. Влияние комплексного модифицирования на структуру и свойства серого чугуна триботехнического назначения.................................. 165 Иванов И.В., Юргин А.Б., Насенник И.Е., Купер К.Э. Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi.......................................................................... 181 Коростелева Е.Н., Николаев И.О., Коржова В.В. Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок............................... 192 Ерошенко А.Ю. Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Лугинин Н.А., Батаев В.А., Иванов И.В., Шаркеев Ю.П. Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Ti-42Nb-7Zr......................................................................................................... 206 Кутькин О.М., Батаев И.А., Довженко Г.Д., Батаева З.Б. Использование метода синхротронной компьютерной ламинографии при изучении особенностей строения металлических сплавов (обзор исследований)...................................................................................................................................................................... 219 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 243 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 255 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 07.12.2022. Выход в свет 15.12.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 32,0. Уч.-изд. л. 59,52. Изд. № 239. Заказ 321. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 4 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 4 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Dyuryagin A.A., Ardashev D.V. A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method...................... 6 Ulakhanov N.S., Tikhonov A.G., Mishigdorzhiyn U.L., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The features of residual stresses investigation in the hardened surface layer of die steels after diffusion boroaluminizing............... 18 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Knyazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity................ 33 Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy....... 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ardashev D.V., Zhukov A.S. Investigation of the relationship between the cutting ability of the tool and the acoustic signal parameters during profi le grinding..................................................................................................... 64 Bataev D. K-S., Goitemirov R. U., Bataeva P. D. Studies of wear resistance and antifriction properties of metalpolymer pairs operating in a sea water simulator........................................................................................................ 84 Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Fesenko E.O. Application of the synergistic concept in determining the CNC program for turning............................................................................................................................................ 98 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si................................ 113 Burkov А.А., Krutikova V.O. Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface...................... 127 Pugacheva N.B., NikolinYu.V., BykovaT.M., Goruleva L.S. Chemical composition, structure and microhardness of multilayer high-temperature coatings..................................................................................................................... 138 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Synthesis of a three-component aluminum-based alloy by selective laser melting............................................................... 151 Gabets D.A., MarkovA.M., Guryev M.A., Pismenny E.A., NasyrovaA.K. The effect of complex modifi cation on the structure and properties of gray cast iron for tribotechnical application..................................................... 165 Ivanov I.V., Yurgin A.B., Nasennik I.E. Kuper K.E. Residual stress estimation in crystalline phases of highentropy alloys of the AlxCoCrFeNi system........................................................................................................... 181 Korosteleva E.N., Nikolaev I.O., Korzhova V.V. Features of the structure formation of sintered powder materials using waste metal processing of steel workpieces................................................................................. 192 EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Luginin N.A., Bataev V.A., Ivanov I.V., Sharkeev Yu.P. Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy............................................................................................................................................. 206 Kutkin O.M., Bataev I.A., Dovzhenko G.D., Bataeva Z.B. The study of characteristics of the structure of metallic alloys using synchrotron radiation computed laminography (Research Review)................................ 219 EDITORIALMATERIALS 243 FOUNDERS MATERIALS 255 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 181 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi Иван Иванов 1, a, *, Александр Юргин 1, b, Игорь Насенник1, с, Константин Купер2, 3, d 1 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 2 Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, г. Новосибирск, 630090, Россия 3 Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Никольский пр., 1, Кольцово, 630559, Россия a https://orcid.org/0000-0001-5021-0098, i.ivanov@corp.nstu.ru, b https://orcid.org/0000-0003-0473-7627, yurgin2012@yandex.ru, с https://orcid.org/0000-0003-0937-5004, goga.mer@mail.ru, d https://orcid.org/0000-0001-5017-6248, k.e.kuper@inp.nsk.su Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 181–191 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-181-191 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) являются новым и одним из наиболее многообещающих классов материалов [1–6]. Благодаря своей структуре они обладают высокими показателями механических и физических свойств, что делает ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 538.911 История статьи: Поступила: 13 сентября 2022 Рецензирование: 26 сентября 2022 Принята к печати: 06 октября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: Высокоэнтропийные сплавы AlxCoCrFeNi Пластическая деформация Остаточные напряжения Дифракция синхротронного рентгеновского излучения Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 20-73-10215 «In-situ исследование эволюции дислокационной структуры пластически деформированных высокоэнтропийных сплавов в условиях действия высоких давлений и температур с применением синхротронного излучения». Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов». АННОТАЦИЯ Введение. Для всех пластически деформированных металлических сплавов характерно наличие дефектов кристаллической структуры, повышающих внутреннюю энергию системы. Эти дефекты также приводят к появлению остаточных напряжений, которые оказывают сложное влияние на свойства материала. Наиболее критичными с точки зрения эксплуатации изделия часто оказываются макронапряжения, которые могут приводить к его короблению, снижению коррозионной стойкости и изменению прочностных характеристик. Целью данной работы являлась оценка остаточных напряжений фазы с примитивной кубической решеткой, характерной для высокоэнтропийных сплавов Al0,6CoCrFeNi и AlCoCrFeNi. Методы исследования. Кристаллическое строение сплавов исследовалось с использованием метода рентгеноструктурного анализа. Эксперименты по рентгеноструктурному анализу проводили в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения на ускорителе ВЭПП-4 (г. Новосибирск, ИЯФ СО РАН, линия 5-А «Рентгеновская микроскопия и томография»). Исследования с использованием синхротронного излучения были проведены в режиме «на просвет». Оценка остаточных макронапряжений кристаллических фаз сплавов Al0,3CoCrFeNi и Al0,6CoCrFeNi основывалась на анализе изменения формы дифракционных колец при изменении азимутального угла . Материалы исследования. В данной работе объектами исследований являлись слитки высокоэнтропийных сплавов Al0,6CoCrFeNi и AlCoCrFeNi. Слитки были получены из чистых металлов методом аргонодуговой плавки с охлаждением на медной подложке. Для проведения дальнейших исследований из слитков вырезались цилиндрические образцы, которые подвергались пластической деформации по схеме одноосного сжатия. Результаты и обсуждение. Результаты анализа указывают на тот факт, что в сплаве Al0,6CoCrFeNi для данной фазы характерно наличие более высоких значений макронапряжений по сравнению со сплавом AlCoCrFeNi. Остаточная деформация решетки B2 фазы вдоль направления [100], входящей в состав сплава AlCoCrFeNi, составила 2,5 % при внешней нагрузке 2500 МПа, в то время как значение искажения решетки данной фазы для сплава Al0,6CoCrFeNi равно 5,5 % при аналогичных внешних условиях. Кроме того, пластическая деформация ВЭС Al0,6CoCrFeNi не привела к его разрушению. Это позволяет сделать вывод, что повышенная пластичность данного сплава связана не только с наличием фазы с гранецентрированной кубической решеткой, но и повышенной податливастью фазы с примитивной решеткой. Для цитирования: Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi / И.В. Иванов, А.Б. Юргин, И.Е. Насенник, К.Э. Купер // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 181–191. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-181-191. ______ *Адрес для переписки Иванов Иван Владимирович, к.т.н. Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-11-71, e-mail: i.ivanov@corp.nstu.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 182 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ их перспективными для применения в самых различных областях промышленности. Высокие ожидания относительно возможностей применения ВЭС во многом обусловлены их высокой фазовой стабильностью [7, 8]. Известно, что для ВЭС характерно образование фаз с кубическими кристаллическими решетками [9, 10]. Изначально считалось, что расположение атомов в структуре ВЭС является полностью случайным, что должно было обусловливать их высокие механические и физические свойства. Однако в последнее время все чаще стали появляться работы, в которых показано, что в ВЭС присутствуют дополнительные фазы, для которых характерно закономерное, а не случайное расположение атомов в структуре [11–14]. Зачастую эти фазы появляются в структуре ВЭС при длительном термическом воздействии [15, 16]. Так, например, известно, что в некоторых сплавах системы AlxCoCrFeNi формируются упорядоченные B2 и L12 фазы, характеризующиеся примитивной кубической решеткой [17–19]. Благодаря возможности гибкого регулирования фазового состава путем изменения содержания алюминия система сплавов AlxCoCrFeNi является наиболее многообещающей среди всех высокоэнтропийных сплавов. Отдельным вопросом является развитие деформационно- и термически напряженных состояний в пределах заготовок, полученных из высокоэнтропийных сплавов. Хорошо известно, что энергия пластической деформации накапливается в структуре металлических сплавов в виде остаточных напряжений. Различают следующие виды внутренних напряжений: макронапряжения; микронапряжения и статические искажения решетки [20]. Данные напряжения оказывают влияние на ряд свойств материалов. Перспективы использования ВЭС в качестве конструкционных и функциональных материалов требуют от ученых и инженеров понимания процессов развития внутренних напряжений в пределах кристаллических фаз, составляющих ВЭС. Однако на данный момент в литературных источниках не представлено исследований остаточных напряжений и остаточных деформаций высокоэнтропийных сплавов, в частности, системы AlxCoCrFeNi. Целью настоящей работы являлась оценка остаточных деформаций фаз высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi после холодной пластической деформации. Для этого были проведены эксперименты по пластической деформации сплавов Al0,6CoCrFeNi и AlCoCrFeNi методом осевого сжатия и расчет остаточных деформаций методом дифракции рентгеновского синхротронного излучения. Результаты работы позволяют сделать выводы о механических свойствах фаз высокоэнтропийных сплавов. Методика исследований В данной работе объектами исследований являлись слитки высокоэнтропийных сплавов Al0,6CoCrFeNi и AlCoCrFeNi. Слитки были получены из чистых металлов методом аргонодуговой плавки с охлаждением на медной подложке. Форма слитков была близка к цилиндрической. Высота полученных заготовок составляла около 10 мм, диаметр около 20 мм. С целью наиболее равномерного распределения химических элементов переплав осуществлялся не менее 10 раз. Потеря массы при выплавке не превышала 0,2 %. Элементный состав слитков оценивали методом микрорентгеноспектрального анализа с использованием сканирующего электронного микроскопа Carl Zeiss EVO50 XVP и энергодисперсионного детектора Oxford Instruments X-Act. Конечное значение элементного состава определялось путем усреднения значений не менее чем с двадцати различных областей слитка. Согласно полученным данным отклонение состава от номинального не превышало 0,6 %. Для проведения дальнейших исследований из слитков вырезались цилиндрические образцы высотой 8 мм и диаметром 5 мм. Полученные цилиндры подвергались пластической деформации по схеме одноосного сжатия на универсальной электромеханической установке Instron 3369. При максимальном приложенном напряжении ~2500 МПа деформация сплава AlCoCrFeNi составила 30 %, а деформация сплава Al0,6CoCrFeNi – 53 %. Исходя из этих значений были выбраны следующие степени обжатия: 25; 34; 45; 50 и 53 % для сплава Al0,6CoCrFeNi и 12; 18 и 30 % для сплава AlCoCrFeNi. Металлографические исследования образцов проводили методом световой микроскопии на микроскопе Carl Zeiss Axio Observer. Перед исследованиями металлографические шлифы
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 183 MATERIAL SCIENCE подвергали травлению раствором, состоящим из грамма сульфата меди(II), соляной кислоты и воды (по 5 мл). Кристаллическое строение сплавов исследовалось с использованием метода рентгеноструктурного анализа. Эксперименты по рентгеноструктурному анализу проводили в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения на ускорителе ВЭПП-4 (г. Новосибирск, ИЯФ СО РАН, линия 5-А «Рентгеновская микроскопия и томография»). Исследования с использованием синхротронного излучения были проведены в режиме «на просвет». Длина волны рентгеновского излучения составляла 0,0221 нм. Для регистрации дифракционных картин использовали 2D-детектор mar345s с размером пикселя 100×100 мкм2 и диаметром области сканирования 345 мм. Полученные дифракционные картины путем азимутального интегрирования приводили к одномерному виду [21]. Результаты и их обсуждение Популярность ВЭС системы AlxCoCrFeNi среди исследователей во многом обусловлена возможностью управления фазовым составом сплавов путем изменения содержания алюминия. При этом различие в фазовом составе оказывает существенное влияние на механические свойства сплавов. На рис. 1 показаны кривые сжатия исследуемых высокоэнтропийных сплавов. Из представленных данных следует, что сплав Al0,6CoCrFeNi обладает большей пластичностью по сравнению со сплавом AlCoCrFeNi, в то время как при максимальном приложенном напряжении ~2500 МПа деформация этого сплава составила 30 %, а деформация сплава Al0,6CoCrFeNi – 53 %. Согласно результатам металлографических исследований структура сплавов также подверглась существенным изменениям после пластиРис. 1. Кривые сжатия сплавов AlCoCrFeNi (а) и Al0,6CoCrFeNi (б) Fig. 1. Compression curves of AlCoCrFeNi (a) и Al0,6CoCrFeNi (б) alloys а б
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 184 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ческой деформации (рис. 2). Во-первых, в результате деформации наблюдается характерное изменение формы зёрен. Во-вторых, пластическая деформация сплава Al0,6CoCrFeNi со степенью обжатия 53 % (рис. 2, г) не приводит к его разрушению, однако в случае сплава AlCoCrFeNi (рис. 2, в) следы разрушения проявляются уже при обжатии на 12 %. Известно, что остаточные напряжения уравновешиваются в различных объемах деформированного тела и также оказывают влияние на изменение положения и формы дифракционных максимумов. Макронапряжения (или напряжения I рода) уравновешиваются в макрообъемах материала и приводят к изменению положений дифракционных максимумов и формы дифракционных колец. Микронапряжения (напряжения II рода) уравновешиваются в пределах нескольких кристаллитов или блоков и приводят к изменению формы (ширины) дифракционных максимумов. Статические напряжения уравновешиваются в пределах групп атомов и приводят к росту диффузного рассеяния и соответственно повышению интенсивности фона. С точки зрения эксплуатационных свойств проектируемого изделия наиболее важными являются макронапряжения, поскольку они могут приводить к его короблению. Оценка остаточных макронапряжений кристаллических фаз сплавов Al0,3CoCrFeNi и Al0,6CoCrFeNi основывалась на анализе изменения формы дифракционных колец при изменении азимутального угла . Другими словами, для каждого угла оценивались параметры решетки. Однако для этого необходимо, чтобы положения дифракционных максимумов были хорошо различимы. На рис. 3 приведен пример одномерных дифрактограмм, полученных в данной работе. Рис. 2. Результаты металлографических исследований: сплав AlCoCrFeNi до деформации (а); деформированный на 12 % (в); сплав Al0,6CoCrFeNi до деформации (б); после сжатия на 53 % (г) Fig. 2. Results of metallographic studies: AlCoCrFeNi alloy before deformation (a); deformed by 12 % (в); Al0.6CoCrFeNi alloy before deformation (б); after 53 % compression (г) а б в г
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 185 MATERIAL SCIENCE Рис. 3. Дифрактограммы сплавов AlCoCrFeNi (а) и Al0,6CoCrFeNi (б), подвергнутых одноосному сжатию на 18 и 25 % соответственно Fig. 3. Diffraction patterns of AlCoCrFeNi (a) and Al0.6CoCrFeNi (б), alloys subjected to uniaxial compression by 18 and 25 % respectively а б Согласно работам [11, 12] в состав сплава AlCoCrFeNi входят две фазы, характеризующиеся кубической сингонией: разупорядоченная (пространственная группа симметрии 3 ) Im m и упорядоченная (пространственная группа симметрии 3 Pm m, тип B2 в системе обозначений Strukturbericht). Ввиду того что параметры решеток данных фаз являются идентичными, дифракционные максимумы имеют одинаковые угловые позиции. Поэтому анализ деформаций сплава AlCoCrFeNi возможен только для пиков фазы с примитивной решеткой. В настоящей работе расчет проводился по трем дифракционным максимумам 3 Pm m фазы: (100); (111) и (210). Перекрытие дифракционных максимумов различных фаз также характерно и для дифрактограммы сплава Al0,6CoCrFeNi, однако в этом случае в его состав входит также фаза с пространственной группой симметрии 3 Fm m. Для данного материала анализ напряжений примитивной кубической фазы проводился только по дифракционному максимуму (100). Анализ остаточных макронапряжений осуществлялся по полученным двумерным дифракционным картинам. Для этого дифрактограмма представлялась в виде развертки в координатах углов «2–» (рис. 4). Представленная в таком виде дифрактограмма позволяет оценить искажения решетки за счет изменения положения дифракционного максимума вдоль угла . Для этого оптимальным является аппроксимация дифракционной полосы периодической функцией. На рис. 5 представлены примеры разверток для трех дифракционных максимумов B2 фазы.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 186 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 4. Развертка двумерной дифрактограммы сплава AlCoCrFeNi после одноосного сжатия на 18 % Fig. 4. Scanning of a two-dimensional diffraction pattern of the AlCoCrFeNi alloy after uniaxial compression by 18 % а б в Рис. 5. Дифракционные максимумы (100) (а), (111) (б) и (210) (в) в координатах «χ–2» фазы B2 после одноосного сжатия сплава AlCoCrFeNi на 18 % Fig. 5. Diffraction maxima (100) (a), (111) (б) and (210) (в) in the coordinates «χ–2» of B2 phase after uniaxial compression of alloy AlCoCrFeNi by 18 %
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1