zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-10-42-49zldm-2623Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование влияния предварительной магнитной обработки на термопластический эффект в алюминиевых сплавах с ферромагнитными включениямиStudy of the effect of pre-magnetic treatment on the thermoplastic effect in aluminum alloys with ferromagnetic inclusionsПшонкинД. Е.PshonkinD. E.

Данила Евгеньевич Пшонкин.

107023, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38.

Danila E. Pshonkin.

38, ul. Bolshaya Semenovskaya, Moscow, 107023.

КорячкоМ. В.KoryachkoM. V.

Марина Валерьевна Корячко.

107023, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38;

119454, Москва, просп. Вернадского, д. 78.

Marina V. Koryachko.

38, ul. Bolshaya Semenovskaya, Moscow, 107023;

78, prosp. Vernadskogo, Moscow, 119454.

m.v.koryachko@gmail.comМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian FederationМосковский политехнический университет; МИРЭА — Российский технологический университетРоссияMoscow Polytechnic University; MIREA — Russian Technological UniversityRussian Federation20252610202591104249Copyright © Пшонкин Д.Е., Корячко М.В., 20252025Пшонкин Д.Е., Корячко М.В.Pshonkin D.E., Koryachko M.V.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/2623

В работе представлены результаты исследования влияния предварительной магнитной обработки на термопластический эффект в алюминиевых сплавах с ферромагнитными включениями. Образцы подвергали воздействию постоянного магнитного поля с последующими испытаниями на ползучесть при одноосном растяжении. Для анализа морфологии сплава использовали методы сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, рентгеноструктурного анализа. Удельную теплоту и работу пластической деформации рассчитывали на основе термомеханических данных. Выявлено, что существует взаимосвязь между магнитострикцией, механическими напряжениями на границе матрица – включение и диссипацией энергии при деформации. Установлено, что предварительная магнитная экспозиция образцов увеличивает удельную теплоту в 5 раз (с 0,05 до 0,26 Дж/м3) и работу деформации на 44 % (с 0,72 до 1,04 Дж/м3). Рост коэффициента Тейлора (с 0,07 до 0,25) и скрытой энергии (с 0,67 до 0,78 Дж/м3) связан с перераспределением напряжений на границе матрица – включение вследствие магнитострикции. При оценке механических напряжений, вызванных магнитострикцией, полученные значения превышают предел текучести матрицы, что объясняет усиление диссипации энергии. Полученные результаты могут быть использованы при разработке «умных» материалов с программируемыми свойствами за счет вариации состава, размера и концентрации магнитоактивного наполнителя в немагнитной матрице.

The paper presents the results of studying the influence of preliminary magnetic treatment on the thermoplastic effect in aluminum alloys with ferromagnetic inclusions. The samples were exposed to a constant magnetic field with subsequent creep tests under uniaxial tension. Scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction analysis were used to analyze the alloy morphology. Specific heat and work of plastic deformation were calculated based on thermomechanical data. It was revealed that there is a relationship between magnetostriction, mechanical stresses at the matrix-inclusion boundary, and energy dissipation during deformation. It was found that preliminary magnetic exposure of samples increases the specific heat by 5 times (from 0.05 to 0.26 J/m3) and the work of deformation by 44 % (from 0.72 to 1.04 J/m3). The increase in the Taylor coefficient (from 0.07 to 0.25) and latent energy (from 0.67 to 0.78 J/m3) is associated with the redistribution of stresses at the matrix-inclusion boundary due to magnetostriction. When assessing the mechanical stresses caused by magnetostriction, the obtained values exceed the yield strength of the matrix, which explains the increase in energy dissipation. The results obtained can be used in the development of «smart» materials with programmable properties due to variations in the composition, size and concentration of the magnetoactive filler in the non-magnetic matrix.

магнитостимулированное тепловыделениеалюминиевые сплавытермопластический эффектмагнитострикциякоэффициент Тейлоранеразрушающий тепловой контрольmagnetically stimulated heat generationaluminum alloysthermoplastic effectmagnetostrictiondislocation structureTaylor coefficientnon-destructive thermal testingРабота финансировалась за счет средств бюджета института (учреждения, организации). Дополнительные гранты на проведение или руководство данным исследованием не привлекались.ReferencesLi X., Tang X., Li M., et al. Relaxation of residual stress in aluminum alloy rings by pulsed high magnetic field: Relieving mechanisms and performance evaluation / J. Mater. Process. Technol. 2025. Vol. 338. 118778. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2025.118778Li X., Tang X., Li M., et al. Relaxation of residual stress in aluminum alloy rings by pulsed high magnetic field: Relieving mechanisms and performance evaluation / J. Mater. Process. Technol. 2025. Vol. 338. 118778. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2025.118778Jin T., Wang H., Chen Yi., et al. Evolution of nanoheterogeneities and correlative influence on magnetostriction in FeGa-based magnetostrictive alloys / Materials Characterization. 2022. Vol. 186. 111780. DOI: 10.1016/j.matchar.2022.111780Jin T., Wang H., Chen Yi., et al. Evolution of nanoheterogeneities and correlative influence on magnetostriction in FeGa-based magnetostrictive alloys / Materials Characterization. 2022. Vol. 186. 111780. DOI: 10.1016/j.matchar.2022.111780Molotskii M. Theoretical basis for electro- and magnetoplasticity / Mater. Sci. Eng.: A. 2000. Vol. 287. No. 2. P. 248 – 258. DOI: 10.1016/s0921-5093(00)00782-6Molotskii M. Theoretical basis for electro- and magnetoplasticity / Mater. Sci. Eng.: A. 2000. Vol. 287. No. 2. P. 248 – 258. DOI: 10.1016/s0921-5093(00)00782-6Skvortsov A., Morgunov R., Pshonkin D., et al. «Magnetic Memory» in plasticity of an Aluminum alloy with iron inclusions / Phys. Solid State. 2019. Vol. 61. P. 1023 – 1029. DOI: 10.1134/s1063783419060246Skvortsov A., Morgunov R., Pshonkin D., et al. «Magnetic Memory» in plasticity of an Aluminum alloy with iron inclusions / Phys. Solid State. 2019. Vol. 61. P. 1023 – 1029. DOI: 10.1134/s1063783419060246Мелёхин Н. В., Тюкалов А. Д., Бобров А. А. и др. Высокоскоростная пластическая деформация алюминия при испытании по методу Тейлора / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 5. С. 46 – 52. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-46-52Melekhin N. V., Tyukalov A. D., Bobrov A. A., et al. High-speed plastic deformation of aluminum during Taylor method testing / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 5. P. 46 – 52 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-46-52Аношкин А. Н., Головин Д. В., Осокин В. М. и др. Моделирование процесса теплового неразрушающего контроля композитных деталей авиационной техники / Вестн. ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 59. С. 51 – 60. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.59.05Anoshkin A. N., Golovin D. V., Osokin V. M., et al. Modeling the process of thermal non-destructive testing for aircraft equipment composite parts / Vestn. PNIPU. 2019. No. 59. P. 51 – 60 [in Russian]. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.59.05Голованов Ю. В., Хасанов И. Х. Тепловизионный метод контроля технического состояния кузова легкового автомобиля / Вестник ОГУ. 2014. Т. 171. № 10. С. 54 – 49.Golovanov Yu. V., Khasanov I. Kh. Thermal imaging method for monitoring the technical condition of a passenger car body / Vestn. OGU. 2014. Vol. 171. No. 10. P. 54 – 49 [in Russian].Карпов Д. Ф. Активный метод теплового контроля теплопроводности строительных материалов и изделий / Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2019. № 7. С. 57 – 62. DOI: 10.34031/article_5d35d0b79c34c5.75173950Karpov D. F. The active method of control the thermal conductivity of building materials and products / Vestn. BGTU. 2019. No. 7. P. 57 – 62 [in Russian]. DOI: 10.34031/article_5d35d0b79c34c5.75173950Galaktionov I., Nikitin A., Sheldakova J., et al. Focusing of a laser beam passed through a moderately scattering medium using phase-only spatial light modulator / Photonics. 2022. Vol. 9. No. 5. P. 296. DOI: 10.3390/photonics9050296Galaktionov I., Nikitin A., Sheldakova J., et al. Focusing of a laser beam passed through a moderately scattering medium using phase-only spatial light modulator / Photonics. 2022. Vol. 9. No. 5. P. 296. DOI: 10.3390/photonics9050296Galaktionov I. V., Kudryashov A. V., Sheldakova Yu. V., et al. Measurement and correction of the wavefront of the laser light in a turbid medium / Quantum Electronics. 2017. Vol. 47. No. 1. P. 32 – 37. DOI: 10.1070/qel16061Galaktionov I. V., Kudryashov A. V., Sheldakova Yu. V., et al. Measurement and correction of the wavefront of the laser light in a turbid medium / Quantum Electronics. 2017. Vol. 47. No. 1. P. 32 – 37. DOI: 10.1070/qel16061Toporovsky V., Samarkin V., Kudryashov A., et al. Investigation of PZT materials for reliable piezostack deformable mirror with modular design / Micromachines. 2023. Vol. 14. No. 11. P. 2004. DOI: 10.3390/mi14112004Toporovsky V., Samarkin V., Kudryashov A., et al. Investigation of PZT materials for reliable piezostack deformable mirror with modular design / Micromachines. 2023. Vol. 14. No. 11. P. 2004. DOI: 10.3390/mi14112004Skvortsov A., Pshonkin D., Kunitsyna E., et al. Softening of the Al – Mg – Si – Fe alloy under magnetostriction of FeAl microinclusions / J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125. No. 2. 023903. DOI: 10.1063/1.5064448Skvortsov A., Pshonkin D., Kunitsyna E., et al. Softening of the Al – Mg – Si – Fe alloy under magnetostriction of FeAl microinclusions / J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125. No. 2. 023903. DOI: 10.1063/1.5064448Mounir Fr., Nikolaev V., Skvortsov A., et al. The effect of magnetic fields on the mechanical properties of an aluminum alloy with iron-based inclusions / J. Magnetism Magnet. Mater. 2024. Vol. 589. No. 2. 171532. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171532Mounir Fr., Nikolaev V., Skvortsov A., et al. The effect of magnetic fields on the mechanical properties of an aluminum alloy with iron-based inclusions / J. Magnetism Magnet. Mater. 2024. Vol. 589. No. 2. 171532. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171532Li X., Scherf A., Heilmaier M., et al. The Al-Rich part of the Fe-Al phase diagram / J. Phase Equilibria Diffusion. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 162 – 173. DOI: 10.1007/s11669-015-0446-7Li X., Scherf A., Heilmaier M., et al. The Al-Rich part of the Fe-Al phase diagram / J. Phase Equilibria Diffusion. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 162 – 173. DOI: 10.1007/s11669-015-0446-7Buschow K. H. J., de Boer F. R. Soft-Magnetic Materials / Phys. Magnetism Magnet. Mater. 2003. Ch. 14. P. 147 – 163. DOI: 10.1007/0-306-48408-0_14Buschow K. H. J., de Boer F. R. Soft-Magnetic Materials / Phys. Magnetism Magnet. Mater. 2003. Ch. 14. P. 147 – 163. DOI: 10.1007/0-306-48408-0_14Panin V. E., Surikova N. S., Elsukova T. F., et al. Grain boundary sliding and rotational mechanisms of intragranular deformation at different creep stages of high-purity aluminum polycrystals at various temperatures and stresses / Mater. Sci. Eng.: A. 2018. Vol. 733. P. 276 – 284. DOI: 10.1016/j.msea.2018.07.038Panin V. E., Surikova N. S., Elsukova T. F., et al. Grain boundary sliding and rotational mechanisms of intragranular deformation at different creep stages of high-purity aluminum polycrystals at various temperatures and stresses / Mater. Sci. Eng.: A. 2018. Vol. 733. P. 276 – 284. DOI: 10.1016/j.msea.2018.07.038Костина А. А., Баяндин Ю. В., Плехов О. А. Моделирование процесса накопления и диссипации энергии при пластическом деформировании металлов / Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17. № 1. С. 43 – 49.Kostina A. A., Bayandin Yu. V., Plekhov O. A. Modeling of the process of energy accumulation and dissipation during plastic deformation of metals / Phys. Mesomech. 2014. Vol. 17. No. 1. P. 43 – 49 [in Russian].Зимин Б. А., Свентицкая В. Е., Смирнов И. В. и др. Влияние скорости деформации на тепловыделение при квазистатическом растяжении металлов. Эксперимент / Журнал технической физики. 2018. Т. 60. № 4. С. 754 – 759. DOI: 10.21883/ftt.2018.04.45688.215Zimin B. A., Sventitskaya V. E., Smirnov I. V., et al. Influence of Strain Rate on Heat Release under Quasi-Static Stretching of Metals. Experiment / Phys. Solid State. 2018. Vol. 60. P. 758 – 763. DOI: 10.1134/s1063783418040352Безъязычный В. Ф., Драпкин Б. М., Прокофьев М. А. и др. Исследование запасенной металлом энергии деформации при вдавливании шарового индентора / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т. 71. № 4. С. 32 – 35.Bezyazychny V. F., Drapkin B. M., Prokofiev M. A., et al. Study of the deformation energy stored in metal during pressing of a ball indenter / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2005. Vol. 71. No. 4. P. 32 – 35 [in Russian].

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