Микромеханика малых деформаций в металлических сплавах при лазерном облучении

   Повышенный интерес к изучению механизма деформации, сопровождающейся зернограничньгм проскальзыванием (ЗГП), стал проявляться в связи с развитием наноматериаловедения. Однако исследование процессов ЗГП в микро- и нанообъемах металлических материалов связано с трудностями экспериментального характера, вызванными высокой локализацией деформации и требующими использования современных методов и приборов электронной микроскопии высокого разрешения. Поэтому имеющиеся сведения в литературных источниках свидетельствуют в основном о теоретических и модельных исследованиях в данной области. Механизм ЗГП приобретает характерные признаки при обработке металлических сплавов концентрированными потоками энергии, например, лазерным облучением. В связи с этим в работе представлены результаты экспериментального исследования микропластической деформации армко-железа с однофазной ферритной структурой при импульсной лазерной обработке. Для исключения влияния фазовых превращений на процесс деформации изучалась только зона термического влияния, в которой температура была ниже температуры первой критической точки и не превышала 700 °С, что позволяло считать полную деформацию эквивалентной деформации ЗГП. Микроструктурные исследования с использованием методов оптической и сканирующей электронной микроскопии показали, что в условиях сверхбыстрого нагрева и охлаждения при лазерной обработке металла деформация осуществляется с участием механизма ЗГП. Среди характерных особенностей ЗГП можно выделить наличие ступенчатых границ, зон аккомодации, появление высокоугловых границ зерен. Предложена методика измерения величины деформации по механизму ЗГП в предположении статистического равенства компонент вектора деформации для кубических решеток. Выполнен статистический анализ измерений ортогональной компоненты вектора деформации по методу секущих. Его результаты позволили определить значения относительной деформации по механизму ЗГП в армко-железе в диапазоне 1,2 - 5,9 %.

1. Ежов А. А. Разрушение металлов / А. А. Ежов, Л. П. Герасимова. – Наука, 2004. — 400 с.

2. Sergueeva А. V., Мага N. A., Mukherjee А. К. Grain bounda­ry sliding in nanomaterials at elevated temperatures / Journal of Materials Science. 2007. Vol. 42. E 1433 - 1438. DOI: 10.1007/s10853-006-0697-0

3. Ballo P., Kioussis N., Lu G. Grain boundary sliding and migration: Effect of temperature and vacancies / Physical Review B. 2001. Vol. 64. N 024104. DOI: 10.1103/PhysRevB.64.024104

4. Islamgaliev R. K., Valiev R. Z. Non-equilibrium grain boundaries in ultraline-grained materials processed by severe plastic deformation / Materials Science Forum. 1999. Vol. 294 - 296. E 361 - 364. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.294-296.361

5. Jerusalem A. Finite Element Model of Grain Boundary Sliding for Nanostructured Metals. — Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, 2004. — 76 p.

6. Yamakov V., Wolf D., Phillpot S. R., Mukherjee A. K., Gleiter H. Dislocation processes in the deformation of nanocrystalline aluminium by molecular-dynamics simulation / Nature Materials. 2002. N 1. E 45 - 48. DOI: 10.1038/nmat700

7. Ballo P., Slugeh V. Atomic simulation of grain-boundary sliding and migration in copper / Physical Review B. 2001. Vol. 64. N 012107. DOI: 10.1103/PHYSREVB.65.012107

8. Cai W., Nix W. D. Imperfections in crystalline solids. — Cambridge: Cambridge University Press, 2016. — 532 p.

9. Hull D., Bacon D. J. Introduction in dislocations. — Oxford: Oxford University Press, 2011. — 272 p.

10. Swygenhoven Н. V. Grain Boundaries and Dislocations / Science. 2002. Vol. 296. E 66 - 67. DOI: 10.1126/SCIENCE.1071040

11. Langdon T. G. Grain boundary sliding revisited: Developments in sliding over four decades / Journal of Materials Science. 2006. Vol. 41. E 597 - 609. DOI: 10.1007/s10853-006-6476-0

12. Brover A. V., Brover G. I., Moysova О. B. The role of local plastic deformation in the formation of structure and properties of materials under extreme heating / IOF Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 680. N 012019. DOI: 10.1088/1757-899X/680/1/012019

13. Степанов В. А. Радиационно-индуцированная пластическая деформация и «эффект дальнодей­ствия» / В. А. Степанов, В. С. Хмелевская // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81. – Вып. 9. – С. 52-56.

14. Кудряков О. В. Феноменология мартенситного превращения и структуры стали / О. В. Кудряков, В. Н. Варавка. — Ростов-на-Дону: Издательский центр ДЕТУ, 2004. — 200 с.

15. Brover А. V., Brover G. I., Topolskaya I. A. Wear resistance structural aspects of materials after laser processing / IOF Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 969. N012008. DOI: 10.1088/1757-899X/969/1/012008

16. Козаков А. Т. Модификация и анализ поверхности сталей и сплавов / А. Т. Козаков, С. И. Яресько, А. В. Сидашов. — Ростов-на-Дону: Изд-во ФЕБОУ ВПО РЕУПС, 2015. — 378 с.

17. Григорьянц А. Г. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров ; Под ред. А. Е. Еригорьянца. — М.: Изд-во МЕТУ им. И. Э. Баумана, 2006. — 664 с.

18. Ashby М. F., Jones D. Н. Engineering materials 1: An Introduction to Froperties Applications and Design. — London: Elsevier (Batterworth-Heinemann), 2006. E 102 - 136.

19. Varavka V. N., Kudryakov O. V., Morozkin I. S. Mechanisms of plastic deformation during laser heat treatment of ARMCO pure iron / Materials Science Forum. 2022. Vol. 1052. E 74 - 79. DOI: 10.4028/p-sin6n9