КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 24-79-00118
НазваниеIn-situ исследования кинетики рекристаллизации алюминиевых сплавов с использованием метода механической спектроскопии
Руководитель Палачева Валерия Валерьевна, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва
Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова алюминиевые сплавы, рекристаллизация, механическая спектроскопия, внутреннее трение
Код ГРНТИ53.49.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на исследование процессов возврата и рекристаллизации в деформированных алюминиевых сплавах с гетерогенной структурой, стабильности формирующейся зеренной структуры при нагреве с использованием метода механической спектроскопии. В результате реализации проекта будут выявлены закономерности связи химического и фазового состава, параметров частиц вторых фаз различной дисперсности, состава твердого раствора в деформированных алюминиевых сплавах с температурным интервалом и кинетикой рекристаллизации и параметрами формирующейся при нагреве зеренной/субзеренной структуры.
В качестве объектов исследования будут выбраны сплавы, легированные переходными металлами, обеспечивающими формирование частиц вторых фаз различной дисперсности, оказывающих влияние на стабильность зеренной структуры при нагреве и кинетику возврата и рекристаллизации. Для решения поставленной задачи будет использован комплексный подход, сочетающий традиционные методы исследования, анализ структурообразования при нагреве и метод механической спектроскопии, обладающий высокой чувствительностью к эволюции дефектов кристаллической решетки, структурным и фазовым превращениям в сплавах. Для этой цели будут проведены многоуровневые микроструктурные исследования с использованием методом световой, сканирующей электронной и просвечивающей электронной микроскопии, изменение твердости, проанализированы температурные, временные и амплитудные зависимости внутреннего трения (ВТ) и модуля упругости, составляющие основу метода механической спектроскопии. Использование данного подхода позволит с высокой точностью определить температуру начала и конца рекристаллизации при разных условиях нагрева и отжига, а также оценить энергию активации процесса и полноту его прохождения, судить о механизмах рекристаллизации. Анализ полученных данных ВТ в сочетании с микроструктурным анализом, анализом изменения модуля упругости и твердости и критическим анализом литературы позволят идентифицировать процессы, происходящие при нагреве в материале на разных уровнях, в том числе на атомном уровне. Разработанная модель структурообразования, полученная на основе данных о кинетике рекристаллизации, исходной структуре и ее эволюции при нагреве, позволит дать рекомендации по требуемому уровню гетерогенности и режимам термического воздействия для формирования стабильной мелкозернистой структуры в алюминиевых сплавах, что имеет большое практическое значение для разработки новых высокотехнологичных и сверхпластичных сплавов, сплавов с ультрамелким зерном. Результаты проекта будут опубликованы в высокорейтинговых журналах и представлены на научных конференциях. Полученные фундаментальные знания станут основой для последующих НИР, связанных с разработкой алюминиевых сплавов для нужд российской авиации и автомобилестроения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Получены листы сплавов Al-Ni c концентрацией Ni в диапазоне от 0,04-6% Ni. Полученные слитки после отжига по трем разным режимам: I - 450 ºС (4 ч) , II - 600 ºС (4 ч), III - 620 ºС (32 ч), подвергали горячей (T=450 °С) и холодной прокатке (T=25 °С). Суммарная степень горячей деформации составляла 80 %, холодной деформации – 33, 67 и 83% (истинная степень деформации 0,4, 1,1 и 1,8, соответственно).Объемная доля фазы Al3Ni составила 0,12±0,03, 3,1±0,5, 7,3±0,5 и 9,9±0,5% для сплавов с 0,04, 2, 4 и 6%Ni, соответственно. Размер частиц зависел от режима гомогенизационного отжига. Отжиг по режиму I обеспечил размер частиц 0,3±0,1 мкм. Отжиг по режиму II обеспечил размер частиц в диапазоне 1.2±0.2 мкм. Длительный отжиг по режиму III обеспечил размер частиц 2,2±0.2 мкм Размер субзерен в сплавах с размером частиц ~1.2 мкм уменьшается с 740±50 нм при 0,04%Ni до 420±20 нм при 6%Ni в холоднокатаных сплавах. В сплавах с размером частиц ~2.2 мкм существенных различий в субзеренной структуре не выявлено. При этом в сплавах с размером частиц ~0,3 мкм размер субзерен был меньше и снижался с увеличителем объемной доли частиц с 480±20 нм при 0,04%Ni до 310±15 при 6%Ni
Температурные зависимости внутреннего трения (ТЗВТ) получены при нагреве до 400 °С и последующем охлаждении для сплавов с размером частиц 1.2 мкм и разными степенями холодной деформации - 33, 67 и 83%. Энергия активации для фона ВТ (Q-1=0,025) варьировалась от 0,89±0,01 до 1,07±0,01эВ, а характерное время релаксации в пределах 10-14-10-13с. В диапазоне температур 200-300°C фиксируется частотно-независимый «псевдо» PR-пик, температура которого увеличивалась с уменьшением степени холодной прокатки и размера частиц фазы Al3Ni до полного подавления при размере частиц 0,3 мкм и/или степени холодной деформации 33 %.
Данные измерения твердости хорошо согласуются с данными ВТ. Однако температуры начала рекристаллизации, определенные путем измерения твердости, были несколько выше (~10-20 ºC) по сравнению с температурами, определнными методом ВТ. Это обусловлено разными режимами отжига: 30-минутный отжиг (в случае анализа твердости) и медленный нагрев со скоростью 5 К/мин в случае кривых ТЗВТ. Медленный нагрев может привести к частичному возврату, что снижает термодинамический стимул рекристаллизации и повышает ее начальную температуру.
Анализ ВТ во время изотермического отжига вблизи температуры PR показывает значительное снижение фона ВТ. Коэффициент n в уравнении Аврами демонстрирует изменения во время отжига, которые пропорциональны плотности дислокаций согласно результатам ВТ.
Увеличение содержания Ni и связанное с этим увеличение доли крупных частиц облегчают рекристаллизацию из-за эффекта PSN. Таким образом, увеличение коэффициента n приводит к более сильному эффекту PSN при рекристаллизации. Более высокие температуры отжига способствуют диффузии и значительно повышают значения n. Для сплава Al-0,04%Ni n составляет 0,72-0,82, а наибольшие значение n в диапазоне 0,87-0,86 получены для сплава Al-2%Ni при размерах частиц 1,2-2,2 мкм из-за сочетания эффекта PSN и ускоренной диффузии, что облегчает рекристаллизацию. Несколько меньшие значения n 0,76-0,83 получены для сплавов c 4-6 %Ni размером частиц 2.2 мкм и степенью холодной деформации 33 %, что обусловлено эффектом PSN и повышенными температурами PR пика. Значения n для сплавов с 4-6 %Ni и степенях деформации 67-83 % составляли 0,42-0,48 для размера частиц 1,2 мкм и 0,50-0,52 для размера частиц 2,2 мкм. В данном случае несмотря на более низкую температуру PR пика в сплавах с частицами 2,2 мкм значения n были несколько выше, чем в при размере частиц 1,2 мкм, что обусловлено большим вкладом эффекта PSN в случае более крупных частиц.
Публикации
1.
Палачева В.В., Мочуговский А.Г., Задорожный М.Ю., Михайловская А.В., Головин И.С.
Mechanical spectroscopy study of recrystallization in Al-Ni alloys
Materials Letters, Materials Letters, Volume 389 (2025) 138344 (год публикации - 2025)
10.1016/j.matlet.2025.138344