zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»zldm-249Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯSTRUCTURE AND PROPERTIES INVESTIGATION PHYSICAL METHODS OF INVESTIGATION AND MONITORINGИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕРЕННОЙ И ДИСЛОКАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ НАНОСТРУКТУРНЫХ МЕХАНОСПЛАВЛЕННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ CMWP-МЕТОДОМStudy of the Grain and Dislocation Structure of Nanostructured Mechanically Alloyed Model Carbon Steels Using CMWP-MethodВолковВ. А.VolkovV. A.volkov@ftiudm.ruЕлькинИ. А.ElkinI. A.noemail@neicon.ruЧулкинаА. А.ChulkinaA. A.noemail@neicon.ruФизико-технический институт УрО РАНRussian Federation2016010520168253338Copyright © Волков В.А., Елькин И.А., Чулкина А.А., 20162016Волков В.А., Елькин И.А., Чулкина А.А.Volkov V.A., Elkin I.A., Chulkina A.A.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/249

На примере механосплавленных порошковых сталей (Fe95,5C4,5, Fe90,6Si5C4,4, Fe92,5Cr3C4,5) сравнивали различные методы анализа рентгеновских дифракционных данных. Показано, что традиционные методы анализа рентгенограмм, такие как, например, метод Вильямсона - Холла, не подходят для исследования структуры наноструктурных сталей. Зеренную и дислокационную структуру этих материалов изучали при помощи полнопрофильного CMWP-метода. Определены средние размеры блоков когерентного рассеяния и их распределение по размерам, а также плотности дислокаций и их характеристики в зависимости от легирования и температуры отжига. В результате отжигов механически сплавленных сталей формируется бимодальная зеренная структура вследствие избирательного роста зерен. Плотность дислокаций и эволюция дислокационной структуры при отжигах находятся в сильной зависимости от типа легирующего элемента.

Different methods of x-ray diffraction data analysis are compared in a case study of mechanically alloyed powder steels Fe95,5C4,5, Fe90,6Si5C4,4, Fe92,5Cr3C4,5 (Fe - 4.3 at.% (1 wt.%) C alloyed with Si and Cr). It is shown that conventional techniques of x-ray analysis, e.g., Williamson-Hall method, are not suitable for studying the structure of nanostructured steels. The grain and dislocation structures of those materials are studied using CWMP full-pro-file method. The average size of the blocks of coherent scattering, their distribution in size, dislocation density and their characteristics are studied as a function of the type of alloying elements and temperature of annealing. A bimodal grain structure is formed upon annealing of mechanically alloyed steels due to selective growth of grains. The dislocation density and evolution of the dislocation structure upon annealing strongly depend on the type of alloying element.

рентгеновская дифракциядислокационная структурананоматериалысталиразмер зернамикроискаженияx-ray diffractiondislocation structurenanomaterialssteelsgrain sizemicrostrainsReferencesНоскова Н. И. Механизмы деформации и разрушения нанокристаллических материалов / Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. №4. С.1963 - 1973.Носкова Н. И. Механизмы деформации и разрушения нанокристаллических материалов / Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. №4. С.1963 - 1973.Гусев А. И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. -Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 115 с.Гусев А. И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. -Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 115 с.Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: Академкнига, 2007. - 398 с.Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: Академкнига, 2007. - 398 с.Suryanarayana C., Koch C. C. Nanocrystalline materials - Current research and future directions / Hyperfine Interactions. 2000. Vol. 130. N 1 - 4. P. 5 - 44.Suryanarayana C., Koch C. C. Nanocrystalline materials - Current research and future directions / Hyperfine Interactions. 2000. Vol. 130. N 1 - 4. P. 5 - 44.Huang J. Y., Zhu Y. T., Jiang H., Lowe T. C. Microstructures and dislocation configurations in nanostructured Cu processed by repetitive corrugation and straightening / Acta Materialia. 2001. Vol. 49. N9. P. 1497 - 1505.Huang J. Y., Zhu Y. T., Jiang H., Lowe T. C. Microstructures and dislocation configurations in nanostructured Cu processed by repetitive corrugation and straightening / Acta Materialia. 2001. Vol. 49. N9. P. 1497 - 1505.Liao X. Z., Huang J. Y., Zhu Y. T., Zhou F., Lavernia E. J. Nanostructures and deformation mechanisms in a cryogenically ball-milled Al -Mg alloy / Philosophical Magazine. 2003. Vol. 83. N 26. P. 3065 -3075.Liao X. Z., Huang J. Y., Zhu Y. T., Zhou F., Lavernia E. J. Nanostructures and deformation mechanisms in a cryogenically ball-milled Al -Mg alloy / Philosophical Magazine. 2003. Vol. 83. N 26. P. 3065 -3075.Zhu Y. T., Huang J. Y., Gubicza J., Ungar T., Wang Y. M., Ma E., Valiev R. Z. Nanostructures in Ti processed by severe plastic deformation / Journal of Materials Research. 2003. Vol. 18. N 8. P. 1908 - 1917.Zhu Y. T., Huang J. Y., Gubicza J., Ungar T., Wang Y. M., Ma E., Valiev R. Z. Nanostructures in Ti processed by severe plastic deformation / Journal of Materials Research. 2003. Vol. 18. N 8. P. 1908 - 1917.Chen Y. Z., Herz A., Li Y. J., Borchers C., Choi P., Raabe D., Kirchheim R. Nanocrystalline Fe - С alloys produced by ball milling of iron and graphite / Acta Materialia. 2013. Vol. 61. P. 3172 - 3185.Chen Y. Z., Herz A., Li Y. J., Borchers C., Choi P., Raabe D., Kirchheim R. Nanocrystalline Fe - С alloys produced by ball milling of iron and graphite / Acta Materialia. 2013. Vol. 61. P. 3172 - 3185.Ribarik G., Ungar T., Gubicza J. MWP-fit: a program for multiple whole-profile fitting of diffraction peak profiles by ab initio theoretical functions / J. Appl. Crystallogr. 2001. Vol. 34. N 5. P. 669 - 676.Ribarik G., Ungar T., Gubicza J. MWP-fit: a program for multiple whole-profile fitting of diffraction peak profiles by ab initio theoretical functions / J. Appl. Crystallogr. 2001. Vol. 34. N 5. P. 669 - 676.Ribarik G., Gubicza J., Ungar T. Correlation between strength and microstructure of ball-milled Al - Mg alloys determined by X-ray diffraction / Mater. Sci. Engin. 2004. Vol. 387. P. 343 - 347.Ribarik G., Gubicza J., Ungar T. Correlation between strength and microstructure of ball-milled Al - Mg alloys determined by X-ray diffraction / Mater. Sci. Engin. 2004. Vol. 387. P. 343 - 347.Wilkens M. Theoretical aspects of kinematical X-ray diffraction profiles from crystals containing dislocation distributions. Fundamental As pects of Dislocaton Theory / Nat. Bur. Stand. 1970. Vol. 2. N317. P. 1195- 1221.Wilkens M. Theoretical aspects of kinematical X-ray diffraction profiles from crystals containing dislocation distributions. Fundamental As pects of Dislocaton Theory / Nat. Bur. Stand. 1970. Vol. 2. N317. P. 1195- 1221.Krivoglaz M. A. Theory of X-ray and Thermal Neutron Scattering by Real Crystals. - New York: Plenum Press, 1969.Krivoglaz M. A. Theory of X-ray and Thermal Neutron Scattering by Real Crystals. - New York: Plenum Press, 1969.Revesz A., Nagy L., Ribarik G., Kovacs Z., Ungar T., Lendvai J. Microstructural evolution in mechanically alloyed nanocrystalline Al-20 at.% Mg alloy / J. Metastable Nanocrystalline Mater. 2005. Vol. 24. P. 149- 152.Revesz A., Nagy L., Ribarik G., Kovacs Z., Ungar T., Lendvai J. Microstructural evolution in mechanically alloyed nanocrystalline Al-20 at.% Mg alloy / J. Metastable Nanocrystalline Mater. 2005. Vol. 24. P. 149- 152.Ribarik G., Audebrand N., Palancher H., Ungar T., Louer D. Dislocations and crystallite size distributions in ball-milled nanocrystalline fluorides MF2 (M = Ca, Sr, Ba, Cd) determined by X-ray diffraction-line-profile analysis / J. Appl. Crystallogr. 2005. Vol. 38. P. 912 - 926.Ribarik G., Audebrand N., Palancher H., Ungar T., Louer D. Dislocations and crystallite size distributions in ball-milled nanocrystalline fluorides MF2 (M = Ca, Sr, Ba, Cd) determined by X-ray diffraction-line-profile analysis / J. Appl. Crystallogr. 2005. Vol. 38. P. 912 - 926.Balogh L., Ribarik G., Ungar T. Stacking faults and twin boundaries in fcc crystals determined by x-ray diffraction profile analysis / J. Appl. Physics. 2006. Vol. 100. N2. P. 023512-1 -023512-10.Balogh L., Ribarik G., Ungar T. Stacking faults and twin boundaries in fcc crystals determined by x-ray diffraction profile analysis / J. Appl. Physics. 2006. Vol. 100. N2. P. 023512-1 -023512-10.Шелехов Е. В., Свиридова Т. А. Программы для рентгеновского анализа поликристаллов / МиТОМ. 2000. N 8. P. 16 - 19.Шелехов Е. В., Свиридова Т. А. Программы для рентгеновского анализа поликристаллов / МиТОМ. 2000. N 8. P. 16 - 19.Borbely A., Dragomir I. C., Ribarik G., Ungar T. Computer program Anizc for the calculation of diffraction contrast factors of dislocations in elastically anisotropic cubic, hexagonal and trigonal crystals / J. Appl. Crystallogr. 2003. Vol. 36. P. 160 - 162.Borbely A., Dragomir I. C., Ribarik G., Ungar T. Computer program Anizc for the calculation of diffraction contrast factors of dislocations in elastically anisotropic cubic, hexagonal and trigonal crystals / J. Appl. Crystallogr. 2003. Vol. 36. P. 160 - 162.Новиков И. И. Дефекты кристаллического строения металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 208 с.Новиков И. И. Дефекты кристаллического строения металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 208 с.Williamson G. K., Hall W. H. X-Ray line broadening from filed aluminum and wolfram / Acta Metallurgica. 1953. Vol. 1. P. 22 - 31.Williamson G. K., Hall W. H. X-Ray line broadening from filed aluminum and wolfram / Acta Metallurgica. 1953. Vol. 1. P. 22 - 31.Иверонова В. И., Ревкевич Г. П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. - М.: МГУ, 1972. - 246 с.Иверонова В. И., Ревкевич Г. П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. - М.: МГУ, 1972. - 246 с.Ungar T., Gubicza J., Ribarik G., Borbely A. Cristallite size-distribution and dislocation structure determined by diffraction profile analysis: Principles and practical application to cubic and hexagonal crystals / J. Appl. Crystallogr. 2001. Vol. 34. P. 298 - 310.Ungar T., Gubicza J., Ribarik G., Borbely A. Cristallite size-distribution and dislocation structure determined by diffraction profile analysis: Principles and practical application to cubic and hexagonal crystals / J. Appl. Crystallogr. 2001. Vol. 34. P. 298 - 310.Ribarik G., Ungar T. Characterization of the microstructure in random and textured polycrystals and single crystals by diffraction line profile analysis / Mater. Sci. Engin. 2010. Vol. 528. P. 112 - 121.Ribarik G., Ungar T. Characterization of the microstructure in random and textured polycrystals and single crystals by diffraction line profile analysis / Mater. Sci. Engin. 2010. Vol. 528. P. 112 - 121.Kerber M., Schafler E., Zehetbauer M. Processing and evaluation of X-Ray line profiles measured from nanostructured materials produced by severe plastic deformation / Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. Vol. 10. P. 427 - 433.Kerber M., Schafler E., Zehetbauer M. Processing and evaluation of X-Ray line profiles measured from nanostructured materials produced by severe plastic deformation / Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. Vol. 10. P. 427 - 433.Valiev R. Z., Kozlov E. V., Ivanov Yu. F., Lian J., Nazarov A. A., Baudelet B. Deformation behaviour of ultra-fined-grained copper / Acta Metallurgica Materialia. 1994. Vol. 42. N 7. P. 2467 - 2476.Valiev R. Z., Kozlov E. V., Ivanov Yu. F., Lian J., Nazarov A. A., Baudelet B. Deformation behaviour of ultra-fined-grained copper / Acta Metallurgica Materialia. 1994. Vol. 42. N 7. P. 2467 - 2476.Ungar T., Tichy G. The Effect of Dislocation Contrast on X-Ray Line Profiles in Untextured Polycrystals / Physica status solidi (a). 1999. Vol. 171. N2. P. 425 -434.Ungar T., Tichy G. The Effect of Dislocation Contrast on X-Ray Line Profiles in Untextured Polycrystals / Physica status solidi (a). 1999. Vol. 171. N2. P. 425 -434.Малыгин Г. А. Влияние дисперсии распределения зерен по размерам на прочность и пластичность нанокристаллических металлов / Физика твердого тела. 2008. Т. 50. N 6. P. 1013 - 1017.Малыгин Г. А. Влияние дисперсии распределения зерен по размерам на прочность и пластичность нанокристаллических металлов / Физика твердого тела. 2008. Т. 50. N 6. P. 1013 - 1017.Andrievski R. A. Review of thermal stability of nanomaterials / J. Mater. Sci. 2014. Vol. 49. P. 1449 - 1460.Andrievski R. A. Review of thermal stability of nanomaterials / J. Mater. Sci. 2014. Vol. 49. P. 1449 - 1460.Michels A., Krill C. E., Ehrhardt H., Birringer R., Wu T. D. Modelling the influence of grain-size-dependent solute drag on the kinetics of grain growth in nanocrystalline materials / Acta Materialia. 1999. Vol. 47. N7. P. 2143 -2152.Michels A., Krill C. E., Ehrhardt H., Birringer R., Wu T. D. Modelling the influence of grain-size-dependent solute drag on the kinetics of grain growth in nanocrystalline materials / Acta Materialia. 1999. Vol. 47. N7. P. 2143 -2152.

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