Исследование влияния предварительной магнитной обработки на термопластический эффект в алюминиевых сплавах с ферромагнитными включениями

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.

1. Li 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.2025.118778

2. Jin 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.2022.111780

3. Molotskii 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)00782-6

4. Skvortsov 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/s1063783419060246

5. Мелёхин 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: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-46-52

6. Аношкин 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: 10.15593/2224-9982/2019.59.05

7. Голованов Ю. В., Хасанов И. Х. Тепловизионный метод контроля технического состояния кузова легкового автомобиля / Вестник ОГУ. 2014. Т. 171. № 10. С. 54 – 49.

8. 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_5d35d0b79c34c5.75173950

9. Galaktionov 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/photonics9050296

10. Galaktionov 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/qel16061

11. Toporovsky 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/mi14112004

12. Skvortsov 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: 10.1063/1.5064448

13. Mounir 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.2023.171532

14. Li 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/s11669-015-0446-7

15. Buschow 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_14

16. Panin 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.2018.07.038

17. Костина 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.

18. 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.2018.04.45688.215

19. Безъязычный 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.