zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-31-38zldm-1857Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGИсследование вязкоупругого перехода в жаропрочном поликристаллическом сплаве ВЖ171 системы Ni - Со - СгStudy of viscoelastic transition in heat-resistant polycrystalline alloy VZhl71 of the Ni - Co - Cr systemФроловД. О.FrolovD. O.

Денис Олегович Фролов

300012, г. Тула, просп. Ленина, д. 92

Denis O. Frolov

92, prosp. Lenina, Tula, 300012

fdolegovich@yandex.ruЛевинД. М.LevinD. M.

Даниил Михайлович Левин

300012, г. Тула, просп. Ленина, д. 92

Daniil M. Levin

92, prosp. Lenina, Tula, 300012

МанохинС. С.ManokhinS. S.

Сергей Сергеевич Манохин

142432, Московская обл., г. Черноголовка, просп. академика Семенова, д. 1

Sergey S. Manokhin

1, prosp. Akademika Semenova, Chernogolovka, Moscow obi, 142432

КолобовЮ. Р.KolobovYu. R.

Юрий Романович Колоколов

142432, Московская обл., г. Черноголовка, просп. академика Семенова, д. 1

Yuri R. Kolobov

1, prosp. Akademika Semenova, Chernogolovka, Moscow obi, 142432

Тульский государственный университетРоссияTula State UniversityRussian FederationИнститут проблем химической физики РАНРоссияInstitute of Problems of Chemical Physics, Russian Academy of SciencesRussian Federation202323022023892(I)3138Copyright © Фролов Д.О., Левин Д.М., Манохин С.С., Колобов Ю.Р., 20232023Фролов Д.О., Левин Д.М., Манохин С.С., Колобов Ю.Р.Frolov D.O., Levin D.M., Manokhin S.S., Kolobov Y.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1857

Жаропрочные материалы, используемые, например, в деталях авиационной техники, подвергаются воздействию высоких температур и нагреваются под влиянием переменных внешних сил. В какой-то момент времени материал, сначала испытавший малую деформацию, перестает быть просто упругим и переходит в вязкоупругое состояние. В нем развивается микротекучесть, впоследствии приводящая к ползучести. В работе представлены результаты исследования микротекучести в жаропрочном поликристаллическом сплаве ВЖ171 системы Ni - Со - Сг. Высокотемпературный фон внутреннего трения исследовали методом механической спектроскопии. Установлено, что переход сплава из упругого в вязкоупругое состояние протекает в две стадии и сопровождается микротекучестью в результате движения дислокаций. Определены первая и вторая энергии активации высокотемпературного фона внутреннего трения для исследуемого состояния материала. Приведена формула для расчета температуры перехода. Полученные результаты могут быть использованы при исследовании состояний жаропрочных, высокотемпературных и структурированных материалов, а также аморфных металлов и сплавов.

Heat-resistant materials used, for example, in aircraft parts, are exposed to high temperatures and are heated under the impact of variable external forces. At a certain point in time, the material that first experienced a small deformation ceases to be simply elastic and graduates into a viscoelastic state. Microyield thus developed in the material, subsequently leads to the creep. We present the results of studying the microyield in a heat-resistant polycrystalline alloy VZhl71 of the Ni - Co - Cr system. A high-temperature background of the internal friction was studied by mechanical spectroscopy. It is shown that the transition of the alloy from an elastic to a viscoelastic state proceeds in two stages and is accompanied by microyield resulted from the dislocation movement. The first and second activation energies of the high-temperatureinternal friction background are determined for the state of the material under consideration. An expression for calculating the transition temperature is derived. The results obtained can be used in the study of the states of heat-resistant, high-temperature and structured materials, as well as amorphous metals and alloys.

жаропрочный сплавэнергия активациивнутреннее трениевысокотемпературный фондефекты структурыгомологическая температурамикротекучестьheat-resistant alloysuperalloyactivation energyinternal frictionhigh-temperature backgroundstructural defectshomological temperaturemicroyieldАвторы выражают благодарность профессору Г. В. Марковой за полезную дискуссию. Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Тульской области в рамках научного проекта 121112200058-9 (грант в сфере науки и техники ДС/260), РФФИ (грант 18-02-00760(А)) и госзадания (АААА-А19-119022690098-3).ReferencesFang D., Li W., Cheng Т., et al. Review on mechanics of ultra-high-temperature materials / ActaMech. Sin. 2021. N 37(9). P 1347-1370. DOT 10.1007Ы0409-021-01146-3Fang D., Li W., Cheng Т., et al. Review on mechanics of ultra-high-temperature materials / Acta Mech. Sin. 2021. N 37(9). P 1347 - 1370. DOI: 10.1007/sl0409-021-01146-3Ланда у Л. Д., Лифши ц Е. М. Теория упругости. — М.: Наука, 1987. — 248 с.Landau L. D., Lifshitz E. M. Theory of Elasticity. — Oxford: Pergamon press, 1970. — 165 p.Marchenko V I., Misbah Ch. Model of plasticity of amorphous materials / Phys. Rev. E. 2011. Vol. 84. Issue 2. E 021502(1 - 7). DOT 10.1103/PhysRevE.84.021502Marchenko V I., Misbah Ch. Model of plasticity of amorphous materials / Phys. Rev. E. 2011. Vol. 84. Issue 2. E 021502(1 - 7). DOI: 10.1103/PhysRevE.84.021502Reed R. C. The Superalloys. Fundamentals and Applications. — Cambridge: University Press, 2006. — 372 p.Reed R. C. The Superalloys. Fundamentals and Applications. — Cambridge: University Press, 2006. — 372 p.Головин С , Пушка р А., Леви н Д. Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов. — М.: Металлургия, 1987. — 190 с.Golovin S., Pushkar A., Levin D. Elastic and damping properties of structural metal materials. — Moscow: Metallurgiya, 1987. — 190 p. [in Russian].Zhou Y., Chen X., Qin S. A strain-compensated constitutive model for describing the hot compressive deformation behaviors of an aged Inconel 718 superalloy / High Temp. Mater. Proc. 2019. Vol. 38. E 436 - 443. DOT 10.1515/htmp-2018-0108Zhou Y., Chen X., Qin S. A strain-compensated constitutive model for describing the hot compressive deformation behaviors of an aged Inconel 718 superalloy / High Temp. Mater. Proc. 2019. Vol. 38. E 436 - 443. DOI: 10.1515/htmp-2018-0108Колобов Ю. P. Диффузионно-контролируемые процессы на границах зерен и пластичность металлических поликристаллов. — Новосибирск: Наука, 1998. — 184 с.Kolobov Yu. R. Diffusion-controlled processes at grain boundaries and plasticity of metallic polycrystals. — Novosibirsk: Nauka, 1998. — 184 p. [in Russian].Новик А., Берр н Б. Релаксационные явления в кристаллах. — М.: Атомиздат, 1975. — 472 с.Novick A. S., Berry B. S. Anelastic Relaxation in Crystalline Solids. — New York: Acad. Press, 1972. — 472 p.Постников В. С , Бауши с Я. П. Механизмы релаксационных явлений в твердых телах. — Каунас: Каунасский политехнический институт, 1974. — 364 с.Postnikov V S., Baushis Ya. P. Mechanisms of relaxation phenomena in solids. — Kaunas: Kaunas Polytechnic Institute, 1974. — 364 p. [in Russian].Шаповал Б. И., Аржавнтн н В. М. Механизмы высокотемпературного фона внутреннего трения металлов. — М.: ЦнииАтомИнформ, 1988. — 49 с.Shapoval B. I., Arzhavitin V M. Mechanisms of high-temperature background of internal friction of metals. — Moscow: Atomlnform, 1988. — 49 p. [in Russian].Castillo М., No М., Jimenez J., et al. High temperature internal friction in a Ti-46Al-lMo-0.2Si intermetallic, comparison with creep behavior / Acta Materialia. 2016. Vol. 103. E 46 - 56. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.09.052Castillo M., No M., Jimenez J., et al. High temperature internal friction in a Ti-46Al-lMo-0.2Si intermetallic, comparison with creep behavior / Acta Materialia. 2016. Vol. 103. P 46 - 56. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.09.052Usategui L., Klein Т., No M., et al. High-temperature phenomena in an advanced intermetallic nano-lamellar y-TiAl-based alloy. Part I: Internal friction and atomic relaxation processes / Acta Materialia. 2020. Vol. 200. E 442 - 454. DOI: 10.1016/j.actamat.2020.09.025Usategui L., Klein Т., No M., et al. High-temperature phenomena in an advanced intermetallic nano-lamellar y-TiAlbased alloy. Part I: Internal friction and atomic relaxation processes / Acta Materialia. 2020. Vol. 200. P 442 – 454. DOI: 10.1016/j.actamat.2020.09.025Божко С. А., Колобов Ю. P., Манохин С. С. и др. Исследование влияния термомеханических обработок на структурно-фазовое состояние и механические свойства сплава ВЖ171 / Известия вузов. Физика. 2019. Т. 62. № 12. С. 134 -140. DOI: 10.17223/00213411/62/12/134Bozhko S. A., Kolobov Yu. R., Manokhin S. S., et al. Investigation of the Influence of Thermomechanical Treatment on the Structural-Phase State and Mechanical Properties of a VZhl71 Alloy / Russ. Phys. J. 2020. Vol. 62. P 2306 - 2313. DOI: 10.1007/slll82-020-01981-0Леви н Д. М., Фролов Д. О., Манохин С. С. Активационные характеристики вязкоупругих свойств жаропрочного сплава на основе системы Ni - Со - Сг, упрочненного объемным азотированием / Известия вузов. Физика. 2022. Т. 65. № 7. С. 85-94. DOI: 10.17223/00213411/65/7/85Levin D. M., Frolov D. O., Manokhin S. S. Activation characteristics of viscoelastic properties of a heat-resistant alloy based on a Ni - Co - Cr system strengthened by volumetric nitriding / Izv. Vuzov. Fiz. 2022. Vol. 65. N 7. P 85 - 94 [in Russian]. DOI: 10.17223/00213411/65/7/85Weller М., Hirscher М., Schweizer Е., Kronmiiller Н. High temperature internal friction in NiAl single crystals / J. Phys. IV Proc. EDP Sci. 1996. Vol. 06 (C8). E 231 - 234. DOI: 10.1051/jp4:1996849Weller M., Hirscher M., Schweizer E., Kronmiiller H. High temperature internal friction in NiAl single crystals / J. Phys. IV Proc. EDP Sci. 1996. Vol. 06 (C8). P 231 - 234. DOI: 10.1051/jp4:1996849Blanter M., Golovin I., Neuhauser H., Sinning H.-R. Internal Friction in Metallic Materials. — New York: Springer, 2007. — 539 p.Blanter M., Golovin I., Neuhauser H., Sinning H.-R. Internal Friction in Metallic Materials. — New York: Springer, 2007. — 539 p.Schoeck G., Bisogni E., Shyne J. The activation energy of high temperature internal friction / Acta Metallurgica. 1964. Vol. 12. Issue 12. E 1466 - 1468. DOI: 10.1016/0001-6160(64)90141-5Schoeck G., Bisogni E., Shyne J. The activation energy of high temperature internal friction / Acta Metallurgica. 1964. Vol. 12. Issue 12. P 1466 – 1468. DOI: 10.1016/0001-6160(64)90141-5Постников В. С. Внутреннее трение в металлах. — М.: Металлургия, 1974. — 352 с.Postnikov V S. Internal friction in metals. — Moscow: Metal lurgiya, 1974. — 352 p. [in Russian].Лурь е А. И. Теория упругости. — М.: Наука, 1970. — 940 с.Lurie A. I. Theory of elasticity. — Moscow: Nauka, 1970. — 940 p. [in Russian].Харитоно в А. В. К теории амплитудно-зависимого внутреннего трения кристаллических сред / Акустический журнал. 1965. Т. XI. Вып. 2. С. 226 - 232.Kharitonov A. V On the theory of amplitude-dependent internal friction of crystalline media / Akust. Zh. 1965. Vol. XI. Issue 2. P 226 - 232 [in Russian].Golovin I. S., Zadorozhnyy V. Yu., Andrianova Т. S., Estrin Yu. Z. Relaxation and Hysteresis Internal Friction in Ultra Fine Grained Copper at Temperatures of up to 400 °C / Bull. RAS. Physics. 2011. Vol. 75. N 10. E 1290 - 1299.Golovin I. S., Zadorozhnyy V. Yu., Andrianova T. S., Estrin Yu. Z. Relaxation and Hysteresis Internal Friction in Ultra Fine Grained Copper at Temperatures of up to 400 °C / Bull. RAS. Physics. 2011. Vol. 75. N 10. P 1290 - 1299.Бланте р M. С., Головин И. С., Головин С. А., Ильин А. А. Механическая спектроскопия металлических материалов. — М.: МИА, 1994. — 256 с.Blunter M. S., Golovin I. S., Golovin S. A., Ilyin A. A. Mechanical spectroscopy of metallic materials. — Moscow: MIA, 1994. — 256 p. [in Russian].Косеви ч А. М. Дислокации в теории упругости. — Киев: Наукова думка, 1978. — 220 с.Kosevich A. M. Dislocations in the theory of elasticity. — Kiev: Naukova dumka, 1978. — 220 p. [in Russian].Горбатенко В. В., Данило в В. П., Зуев Л. Б. Неустойчивость пластического течения: полосы Чернова - Людерса и эффект Портевена - Ле Шателье / ЖТФ. 2017. Т. 87. Вып. 3. С. 372-377. DOI: 10.21883/JTE2017.03.44241.1818Gorbatenko V V, Danilov V I., Zuev L. B. Instability of plastic flow: Chernov - Luders bands and the Portevin - Le Chatelier effect / JTE 2017. Vol. 87. Issue 3. P 372 - 377 [in Russian]. DOI: 10.21883/JTE2017.03.44241.1818David Е., Jackson I. High-temperature internal friction and dynamic moduli in copper / Mater. Sci. Eng. 2018. A730. E 425 -437. DOI: 10.1016/j.msea.2018.05.093David E., Jackson I. High-temperature internal friction and dynamic moduli in copper / Mater. Sci. Eng. 2018. A730. P 425 -437. DOI: 10.1016/j.msea.2018.05.093Гридне в С. А., Калини н Ю. E. О вакансионной природе высокотемпературного фона внутреннего трения в твердых телах / ЖТФ. 2022. Т. 92. № 2. С. 242 – 249. DOI: 10.21883/0000000000Gridnev S. A., Kalinin Yu. E. On the vacancy nature of the high-temperature background of internal friction in solids / Techn. Phys. 2022. Vol. 92. N 2. P 196 - 202. DOI: 10.21883/TP2022.02.52947.146-21Матюни н В. М., Кудряков О. В., Варавк а В. Н., Марченко в А. Ю. Микромеханика малых деформаций в металлических сплавах при лазерном облучении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 10. С. 66 - 72. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-10-66-72Matyunin V M., Kudryakov O. V, Varavka V. N., Marchenkov A. Yu. Micromechanics of small deformations in metal alloys under laser irradiation / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2022. Vol. 88. N 10. P 66 - 72 [in Russian].Магомедов М. Н. О критерии фазового перехода кристалл - жидкость / ЖТФ. 2008. Т. 78. Вып. 8. С. 93 - 100.Magomedov M. N. On the criteria of the crystal — liquid phase transition / Zh. Teor. Fiz. 2008. Vol. 78. Issue 8. P 93 -100 [in Russian].Kulkov V G., Syshchikov A. A. Contribution of Porous Grain Boundaries to the High-Temperature Background of Internal Friction / Russ. Metallurgy. 2020. E 277 - 281. DOI: 10.1134/S0036029520040175Kulkov V G., Syshchikov A. A. Contribution of Porous Grain Boundaries to the High-Temperature Background of Internal Friction / Russ. Metallurgy. 2020. P 277 - 281. DOI: 10.1134/S0036029520040175Беломытце в M. Ю. Исследование окалиностойкости жаропрочного никелевого сплава со структурой у'-фазы / Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 1. С. 52 - 58. DOI: 10.17073/0368-0797-2021-1-52-58Belomyttsev M. Yu. Investigation of the scale resistance of a heat-resistant nickel alloy with the structure of the y'-phase / Izv. Vuzov. Cher. Met. 2021. Vol. 64. N 1. P 52 - 58 [in Russian]. DOI: 10.17073/0368-0797-2021-1-52-58Каблов Д. Е., Сидоров В. В., Пучков Ю. А. Особенности диффузионного поведения примесей и рафинирующих добавок в никеле и монокристаллических жаропрочных сплавах / Авиационные материалы и технологии. 2016. № 1(40). С. 24-31.Kablov D. E., Sidorov V V., Puchkov Yu. A. Features of the diffusion behavior of impurities and refining additives in nickel and single-crystal heat-resistant alloys / Aviats. Mater. Tekhnol. 2016. N 1(40). P 24 - 31 [in Russian].Тарасов Д. П. Высокотемпературный фон внутреннего трения в нанокомпозитах / ЖТФ. 2013. Т. 83. Вып. 2. С. 65 - 69.Tarasov D. P. High-temperature background of internal friction in nanocomposites / Zh. Teor. Fiz. 2013. Vol. 83. Issue 2. P 65 - 69 [in Russian].Дворецко в Р. М., Славин А. В., Тихонов М. М., Куко И. С. Контроль химического состава жаропрочных никелевых сплавов в процессе производства изделий из них по аддитивным технологиям / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 4. С. 71 - 80. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-4-71-80Dvoretskov R. M., Slavin A. V, Tikhonov M. M., Kuko I. S. Control of the chemical composition of heat-resistant nickel alloys upon manufacturing products from these alloys using additive technologies / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2021. Vol. 87. N 4. P 71 - 80 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.