Микроструктура и свойства метастабильных наноструктурных сплавов, полученных интенсивной пластической деформацией
В.В. Столяров
ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.190
Обзор
Аннотация: Приведен краткий литературный обзор зарубежных исследований и собственных экспериментальных данных по применению интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования для формирования ультрамелкозернистой структуры в объемных метастабильных сплавах различной природы. Показано, что такие материалы, вследствие объемных фазовых и структурных превращений (деформационное растворение, искусственное и естественное старение, полиморфные) имеют больший практический потенциал для повышения механических и физических свойств по сравнению с чистыми металлами или твердыми растворами. Рассмотрены структурные особенности и физико-механические свойства конструкционных сплавов на основе алюминия, титана и магнитотвердых сплавов на основе соединения Nd(Pr)2Fe14B после интенсивной пластической деформации и дополнительного отжига. В алюминиевом сплаве Al-Fe с отсутствием растворимости железа в обычных условиях, интенсивная деформация позволяет растворить до 0,6% Fe, получить композитную структуру и кратно повысить прочностные свойства. В технически чистом титане ВТ1-0 и титановом сплаве ВТ6, подвергнутых равноканальному угловому прессованию, низкотемпературный постдеформационный отжиг вызывает старение, сопровождающееся повышением микротвердости и прочности. В литом магнитотвердом сплаве Pr-Fe-B-Cu также наблюдается измельчение в процессе равноканального прессования и повышение магнитных гистерезисных свойств.
Ключевые слова: алюминиевый сплав Al-Fe, титановые сплавы ВТ1-0 и ВТ6, магнитотвердый сплав Nd-Fe-B-Cu, равноканальное угловое прессование, постдеформационный отжиг, наноструктура, прочность, намагниченность, коэрцитивная сила
- Столяров Владимир Владимирович – д.т.н., профессор, главный научный сотрудник, ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН»
Ссылка для цитирования:
Столяров, В.В. Микроструктура и свойства метастабильных наноструктурных сплавов, полученных интенсивной пластической деформацией / В.В. Столяров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 190-202. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.190. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Edalati, K. Severe plastic deformation for producing superfunctional ultrafine-grained and heterostructured materials: An interdisciplinary review / K. Edalati, A.Q. Ahmed, S. Akrami et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – V. 1002. – Art. № 174667. – 150 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.174667.
2. Baysal, E. An overview of deformation path shapes on equal channel angular pressing / E. Baysal, O. Koçar, E. Kocaman, U. Köklü // Metals. – 2022. – V. 12. – I. 11. – Art. № 1800. – 21 p. DOI: 10.3390/met12111800.
3. Zhu, Y.T. Mechanical behavior of bulk nanostructured and heterostructured metals / Y.T. Zhu, R.Z. Valiev // In book: Comprehensive Structural Integrity; ed. by M.H. Ferri Aliabad, W.O. Soboyejo, 2nd ed. – Amsterdam: Elsevier –2022. – V. 8. – P. 162–195. DOI: 10.1016/B978-0-12-822944-6.00073-6.
4. Alawadhi, M.Y. Evaluating the paradox of strength and ductility in ultrafine-grained oxygen-free copper processed by ECAP at room temperature / M.Y. Alawadhi, S. Sabbaghianrad, Y. Huang, T.G. Langdon // Materials Science and Engineering: A. – 2021. – V. 802. – Art. № 140546. – 10 p. DOI: 10.1016/j.msea.2020.140546.
5. Mihajlović, D.R. Coarse to Fine: the role of severe plastic deformation in advancing titanium-based medical implants: A comprehensive review / D.R. Mihajlović, B.I. Međo, I. Lj Cvijović-Alagić et al. // Journal of Wuhan University of Technology Materials Science. – 2025. – V. 40. – I. 1. – P. 295-306. DOI: 10.1007/s11595-025-3064-1.
6. An, B. In vitro and in vivo studies of ultrafine-grain Ti as dental implant material processed by ECAP / B. An, Z. Li, X. Diao, H. Xin, Q. Zhang Q et al. // Materials Science and Engineering: C. – 2016. – V. 67. – P. 34-41. DOI: 10.1016/j.msec.2016.04.105.
7. Stolyarov, V.V. Ultrafine-grained Al-5 wt.% Fe alloy processed by ECAP with backpressure / V.V. Stolyarov, R. Lapovok, I.G. Brodova, P.F. Thomson // Materials Science and Engineering: A. – 2003. – V. 357. – I. 1-2. – P. 159-167. DOI: 10.1016/S0921–5093(03)00215-6.
8. Hosokawa, A. Severe plastic deformation of Nd-Fe-B nanocomposite magnets at room temperature / A. Hosokawa, K. Takagi, T. Kuriiwa, Y. Inoue, K. Ozaki // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2019. – V. 473. – P. 51-60. DOI: 10.1016/j.jmmm.2018.10.032.
9. Stolyarov, V.V. The aging effect in ultrafine-grained Al-5%Fe alloy produced by severe plastic deformation / V.V. Stolyarov, E.P. Soshnikova, I.G. Brodova et al. // Physics of Metals and Metallography. – 2002. – V.93. – I. 6. – P. 74-81.
10. Stolyarov, V.V. Production of metastable ultrafine-grained alloys by equal-channel angular pressing / V.V. Stolyarov, R.Z. Valiev // Russian Metallurgy (Metally). – 2004. – V. 2. – P. 110-115.
11. Столяров, В.В. Структура и свойства ультрамелкозернистого титанового сплава ВТ6, полученного РКУП / В.В. Столяров // Машиностроение и инженерное образование. – 2010. – Т. 23. – Вып. 2. – С. 30-36.
12. Valiev, R.Z. SPD-processed ultra-fine grained Ti materials for medical applications / R.Z. Valiev, V.V. Stolyarov, H.J. Rack, T. C. Lowe // In book: Medical Device Materials, ed. S. Shrivastava. – Cleveland: ASM International, Materials Park, 2004. P. 362-367.
13. Shimoda, Т. Hot-working behavior of cast Pr-Fe-B magnets / T. Shimoda, K. Akioka, O. Kobayashi et al. // IEEE Transactions on Magnetics. – 1989. – V. 25. – I. 6. – P .4099-4104. DOI: 10.1109/20.42535.
14. Popov, A.G. Micro-structural and magnetic properties of bulk Pr-Fe-B-Cu permanent magnets prepared by equal channel angular pressing / A.G. Popov, T.Z. Puzanova, A.S. Ermolenko et al. // Physics of Metals and Metallography. – 2001. – V. 91. – Suppl. 1. – P. 278-285.
15. Kattner, R. Al-Fe (Aluminum-Iron) / R. Kattner, B.P. Burton // In book: Phase diagrams of binary iron alloys; ed by H. Okamoto. – Ohio: ASM International, 1993. – P. 12-28.
16. Mondolfo, L.F. Aluminum alloys, structure and properties / L.F. Mondolfo. – London: Butterworths, 1979. 986 p.
17. Gruber, M. Establishing equal-channel angular pressing (E CAP) for sheet metals by using backpressure: manufacturing of high-strength aluminum AA5083 sheets / M. Gruber, C. Illgen, F. Lichte, et al. // International Journal of Advanced Manufacture and Technology. – 2023. – V. 127. I. 7-8. – P. 3481-3495. DOI: 10.1007/s00170-023-11692-8.
18. Хафизова, Э.Д. Повышение прочностных и усталостных свойств алюминиевого сплава АК4-1 после интенсивной пластической деформации. Монография / Э.Д. Хафизова, Р.К. Исламгалиев, Е.А. Корзникова. – СПб: Наукоемкие технологии, 2023. – 120 с.
19. Popov, A.G. Microstructure and magnetic properties of R-Fe-B-Cu (R = Pr , Nd) alloys deformed by equal channel angular pressing and subsequent hot upsetting / A.G. Popov, D.V. Gunderov, T.Z. Puzanova et al. // Physics of Metals and Metallography. – 2007. – V. 103. – I. 1. – P. 51-57. DOI: 10.1134/S0031918X07010061.