Еволюція структурного стану та мікротвердости поверхні алюмінійового стопу Д16 внаслідок ультразвукового ударного оброблення в різних атмосферах

Випуски МФіНТ » Том 37, випуск 9

М. О. Васильєв$^{1}$, Б. М. Мордюк$^{1}$, С. І. Сидоренко$^{2}$, С. М. Волошко$^{2}$, А. П. Бурмак$^{2}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано: 09.09.2015. Завантажити: PDF

Виконано ультразвукове ударне оброблення (УЗУО) алюмінійового стопу Д16 в хемічно активних і нейтральних середовищах за умов квазигідростатичного стиснення зразка, що забезпечило більш ефективне порівняно з термічним обробленням і стандартними схемами УЗУО зміцнення його поверхні. Показано можливість, одночасно з низькотемпературними процесами деформаційного дисперґування зернистої структури, синтезувати на поверхні алюмінійового стопу Д16 міцні оксидні покриття товщиною у декілька десятків мікрометрів за допомогою УЗУО на повітрі. Доведено, що збільшення мікротвердости (у 2,5 рази) поверхні стопу Д16 УЗУО в інертному середовищі (арґон, гелій) зумовлюється модифікацією дислокаційної структури, деформаційним формуванням нанокристалічної структури, а також виділенням нанорозмірних преципітатів зміцнювальної $S^{ʹ}$-фази Al$_{2}$CuMg. Показано унікальну можливість збільшення мікротвердости поверхні стопу Д16 (до $\cong$ 5 разів) УЗУО в середовищі рідкого азоту (77,4 К), зумовлену синергетичним впливом процесів наноструктуризації і механохемічної взаємодії алюмінію з азотом у ході кріодеформації. Запропоновано модельні уявлення стосовно структурно-фазових механізмів зміцнення поверхні стопу Д16.

Ключові слова: наноструктура, поверхня, квазигідростатичне стиснення, кріодеформація, ультразвукове ударне оброблення (УЗУО).

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v37/i09/1269.html

PACS: 43.35.+d, 61.72.Ff, 81.40.Ef, 81.40.Lm, 81.40.Pq, 81.65.-b, 83.10.Tv

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

А. В. Белоцкий, В. Н. Винниченко, И. М. Муха, Ультразвуковое упрочнение металлов (Киев: Техника: 1989).
И. И. Муханов, Ю. М. Голубев, Металловед. термич. обраб. мет., № 9: 29 (1969).
А. И. Марков, Применение ультразвука в промышленности (Москва: Машиностроение: 1975).
В. П. Алехин, Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов (Москва: Наука: 1983).
В. Е. Панин, В. П. Сергеев, А. В. Панин, Наноструктурирование поверхностных слоев и нанесение наноструктурных покрытий (Томск: Изд. ТПУ: 2010).
А. В. Мордвинцева, Применение ультразвука в сварочной технике. Труды МВТУ им. Н. Э. Баумана (Москва: ЦИНТИ Энергомаш: 1959), т. 45, с. 32.
Н. А. Крылов, А. М. Полищук, Физические основы применения ультразвука в промышленности (Ленинград: ЛДНТП: 1970), т. 1, с. 70.
A. A. Kaзимиров, A. A. Грузд, Г. И. Прокопенко, Автоматич. сварка, 7: 38 (1980).
E. Sh. Statnikov, O. V. Korolkov, and V. N. Vityazev, Ultrasonics, 44: e533 (2006). Crossref
И. К. Вагапов, Нелинейные эффекты в ультразвуковой обработке (Москва: Наука и техника: 1987).
E. Statnikov, Physics and Mechanism of Ultrasonic Impact Treatment (Alabama: International Institute of Welding: Document XIII-2004-04) (2004).
E. Sh. Statnikov and V. O. Muktepavel, Welding Int., 17, Iss. 9: 741 (2003). Crossref
Г. И. Прокопенко, А. В. Козлов, Б. Н. Мордюк, В. О. Абрамов, Металлофиз. новейшие технол., 20: 30 (1998).
Б. М. Мордюк, Закономірності структуроутворення та кінетика деформаційних процесів у металевих матеріалах при комбінованих впливах із застосуванням ультразвуку (Автореф. дис.  д-ра фіз.-мат. наук) (Київ: Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України: 2012).
B. N. Mordyuk and G. I. Prokopenko, J. Sound Vibration, 308: 855 (2007). Crossref
B. N. Mordyuk, M. O. Iefimov, G. I. Prokopenko, T. V. Golub, and M. I. Danylenko, Surf. Coat. Technol., 204: 1590 (2010). Crossref
И. Г. Полоцкий, Металлы, электроны, решётка (Ред. В. Н. Гриднев) (Киев: Наукова думка: 1975), с. 389.
C. A. Rodopoulos, A. Th. Kermanidis, and E. Statnikov, J. Mater. Eng. Perform., 16: 30 (2007). Crossref
X. An, C. A. Rodopoulos, E. S. Statnikov, V. N. Vitazev, and O. V. Korolkov, J. Mater. Eng. Perform., 15: 355 (2006). Crossref
В. А. Кузьменко, Ю. М. Голованев, Ю. Г. Безымянный, Ультразвуковые колебания и их влияние на механические характеристики конструкционных материалов (Киев: Наукова думка: 1986), с. 186.
Y. Huang and P. Prangnell, Acta Mater., 56: 1619 (2008). Crossref
Y. M. Wang and E. Ma, Acta Mater., 52: 1699 (2004). Crossref
Y. M. Wang, Y. M. Chen, F. Zhou, and E. Ma, Nature Lett., 419: 912 (2002). Crossref
Y. B. Lee, D. H. Shin, K. T. Park, and W. J. Nam, Scr. Mater., 51: 355 (2004). Crossref
П. А. Хаймович, Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение, 89: 28 (2006).
И. А. Гиндин, М. Б. Лазарева, В. П. Лебедев, Я. Д. Стародубов, В. М. Мацевитый, В. И. Хоткевич, Физ. мет. металловед., 24, № 2: 347 (1967).
И. А. Гиндин, Я. Д. Стародубов, В. К. Аксенов, Металлофизика, 2: 49 (1980).
С. І. Сидоренко, С. М. Волошко, І. Є. Котенко, А. П. Бурмак, Металлофиз. новейшие технол., 33, № 12: 1659 (2011).
А. М. Глезер, Л. С. Метлов, Физика твёрдого тела, 52, № 6: 1090 (2010).
Р. З. Валиев, И. В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией (Москва: Логос: 2000).
Е. Г. Пашинская, Ю. Н. Подрезов, В. В. Столяров, А. В. Завдовеев, И. И. Тищенко, Физика и механика материалов, 15: 26 (2012).
E. Г. Пашинская, А. А. Толпа, М. М. Мышляев, В. В. Гришаев, А. В. Завдовеев, Металлы, № 6: 25 (2011).
E. Pashinska, A. Tolpa, M. Myshlyaev, V. Grishaev, and A. Zavdoveev, Russian Metallurgy (Metally), No. 11: 1045 (2011). Crossref
M. A. Vasylyev, S. P. Chenakin, and L. F. Yatsenko, Acta Mater., 60: 6223 (2012). Crossref
R. L. Deuis, C. Subramanian, and J. M. Yellup, Compos. Sci. Technol., 57: 415 (1997). Crossref
B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko, Yu. V. Milman, M. O. Iefimov, K. E. Grinkevych, A. V. Sameljuk, and I. V. Tkachenko, Wear, 319: 84 (2014). Crossref