danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2022-66-3-356-364dan-1074Research ArticleНАУКИ О ЗЕМЛЕEARTH SCIENCESВлияние ультразвуковой обработки на механические свойства металлов, подвергнутых интенсивной пластической деформацииInfluence of ultrasonic processing on the mechanical properties of metals subjected to intense plastic deformationРубаникВ. В.RubanikV. V.

Рубаник Василий Васильевич – член-корреспондент, д-р техн. наук, заведующий лабораторией

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск

Rubanik Vasily V. – Corresponding Member, D. Sc. (Engineering), Head of the Laboratory

13, General Ludnikov Ave., 210009, Vitebsk

ita@vitebsk.byЦаренкоЮ. В.TsarenkoYu. V.

Царенко Юрий Валентинович – канд. техн. наук, заместитель директора по научно-инновационной работе

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск

Tsarenko Yury V. – Ph. D. (Engineering), Deputy Di rector for Research and Innovation

13, General Ludnikov Ave., 210009, Vitebsk

labpt@vitebsk.byВангД. Т.WangJ. T.

Ванг Джинг Тао – профессор обработки материалов, заместитель директора, Институт Герберта Глейтера

163, Xianlin Road, Qixia District, Nanjing, Jiangsu Province, 210023

Wang Jing Tao – Professor of Materials Processing, SMSE Vice Director. Herbert Gleiter Institut

163, Xianlin Road, Qixia District, Nanjing, Jiangsu Province, 210023

jtwangcn@163.comЛиоЮ.LiuYu. W.

Лио Ювель – научный сотрудник. Факультет материаловедения и инженерии

163, Xianlin Road, Qixia District, Nanjing, Jiangsu Province, 210023

Liu Yu Weil – Research associate. School of Materials Science and Engineering

163, Xianlin Road, Qixia District, Nanjing, Jiangsu Province, 210023

liuyw_working@163.comИнститут технической акустики НАН БеларусиInstitute of Technical Acoustics of the National Academy of Sciences of BelarusНанкинский университет науки и технологииNanjing University of Science and Technology202201072022663356364Copyright © Рубаник В.В., Царенко Ю.В., Ванг Д.Т., Лио Ю.W., 20222022Рубаник В.В., Царенко Ю.В., Ванг Д.Т., Лио Ю.Rubanik V.V., Tsarenko Y.V., Wang J.T., Liu Y.W.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1074

Описано оригинальное устройство для получения наноструктурных материалов методом интенсивной пластической деформации с наложением ультразвуковых колебаний, которое обеспечивает измельчение структуры материала заготовки и исключает возникновение дефектов на ее поверхности и в торцевых областях. Этот эффект достигается за счет использования кольцевой прокладки, выполненной в виде полого волновода резонансной длины, закрепленного на неподвижной опоре в узле смещений, соединенного с концентратором и ультра- звуковым преобразователем. Исследованы физико-механические свойства наноструктурных образцов никеля и меди после ультразвуковой обработки (УЗО). Показано, что УЗО наноструктурных образцов приводит к повышению их пластических свойств и незначительному снижению предела прочности. При малых амплитудах механических напряжений в пределах 17,5 МПа в образцах меди и никеля наблюдается заметный рост микротвердости. Дальнейшее увеличение амплитуды механических напряжений при ультразвуковой обработке до 100 МПа приводит к снижению микротвердости.

An original device for production of nanostructured materials by the method of severe plastic deformation with the imposition of ultrasonic vibrations is described, which provides the grinding of the structure of the material of the workpiece and eliminates the occurrence of defects on its surface and in the end areas. This effect is achieved through the use of an annular spacer made in the form of a hollow waveguide of resonant length, fixed on a fixed support in the displacement unit, connected to a concentrator and an ultrasonic transducer. The physical-mechanical properties of nanostructured samples of nickel and copper after ultrasonic treatment (UST) have been studied. It is shown that UST of nanostructured samples leads to an increase in their plastic properties and a slight decrease in the tensile strength. At small amplitudes of mechanical stresses within 17.5 MPa, a noticeable microhardness increase is observed in copper and nickel samples. A further increase in the mechanical stress amplitude up to 100 MPa during ultrasonic treatment leads to a microhardness decrease.

нанометаллыультразвуковая обработкапластическая деформациямикротвердостьпредел прочностиnanometalsultrasonic treatmentplastic deformationmicrohardnessultimate strengthРабота выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант Т19КИТГ-003).The work has been financially supported by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant Т19КИТГ-003).ReferencesValiev, R. Z. Structure and properties of ultra fine-grained materials produced by severe plastic deformation / R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, R. R. Mulyukov // Materials Science and Engineering. – 1993. – Vol. A168, N 2. – P. 141–148. https://doi.org/10.1016/0921-5093(93)90717-sValiev R. Z., Korznikov A. V., Mulyukov R. R. Structure and properties of ultra fine-grained materials produced by severe plastic deformation. Materials Science and Engineering, 1993, vol. A168, no. 2, pp. 141–148. https://doi.org/10.1016/0921-5093(93)90717-sНоскова, Н. И. Субмикрокристаллические и нано-кристаллические металлы и сплавы / Н. И. Носкова, Р. Р. Мулюков. – Екатеринбург, 2003. – 279 с.Noskova N. I., Mulyukov R. R. Submicrocrystalline and nanocrystalline metals and alloys. Yekaterinburg, 2003. 279 p. (in Russian).Бриджмен, П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва / П. В. Бриджмен. – М., 1955. – 444 с.Bridgman P. W. Studies in Large Plastic Flow and Fracture. New York; London, McGraw-Hill, 1952. 362 p.Zhilyaev, A. P. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications / A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon // Progr. Mater. Sci. – 2008. – Vol. 53, N 6. – P. 893–979. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.03.002Zhilyaev A. P., Langdon T. G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications. Progress in Materials Science, 2008, vol. 53, no. 6, pp. 893–979. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.03.002Рубаник, В. В. Влияние ультразвука на физико-механические свойства проволоки при равноканальном угловом протягивании / В. В. Рубаник, Ю. В. Царенко // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2020. – Т. 64, № 1. – С. 94–102. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-1-94-102Rubanik V. V., Tsarenko Yu. V. Ultrasound influence on the physical and mechanical properties of wire at equalchannel angular broaching. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2020, vol. 64, no. 1, pp. 94–102 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-1-94-102Hanges in the Microstructure and Mechanical Properties of Nanomaterials under an Ultrasonic Wave Effect / A. A. Nazarov [et al.] // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2014. – Vol. 43, N 2. – P. 153–159. https://doi.org/10.3103/s1052618814020113Nazarov A. A., Samigullina A. A., Mulyukov R. R., Tsarenko Yu. V., Rubanik V. V. Changes in the microstructure and mechanical properties of nanomaterials under an ultrasonic wave effect. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2014, vol. 43, no. 2, pp. 153–159. https://doi.org/10.3103/s1052618814020113Microstructure changes in ultrafine-grained nickel processed by high pressure torsion under ultrasonic treatment / A. A. Samigullina [et al.] // Ultrasonics. – 2018. – Vol. 82. – P. 313–321. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.09.005Samigullina A. A., Mukhametgalina A. A., Sergeyev S. N., Zhilyaev A. P., Nazarov A. A., Zagidullina Yu. R., Parkhimovich N. Yu., Rubanik V. V., Tsarenko Yu. V. Microstructure changes in ultrafine-grained nickel processed by high pressure torsion under ultrasonic treatment. Ultrasonics, 2018, vol. 82, pp. 313–321. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.09.005Blaha, F. Dehnung von Zink-Kristallen unter Ultraschalleinwirkung / F. Blaha, В. Langenecker // Naturwissenschaften. – 1955. – Vol. 42, N 20. – P. 556. https://doi.org/10.1007/bf00623773Blaha F., Langenecker В. Dehnung von Zink-Kristallen unter Ultraschalleinwirkung. Naturwissenschaften, 1955, vol. 42, no. 20, p. 556 (in German). https://doi.org/10.1007/bf00623773Ultrasonic assisted – ECAP / F. Djavanroodi [et al.] // Ultrasonics. – 2013. – Vol. 53, N 6. – P. 1089–1096. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2013.02.003Djavanroodi F., Ahmadian H., Koohkan K., Naseri R. Ultrasonic assisted-ECAP. Ultrasonics, 2013, vol. 53, no. 6, pр. 1089–1096. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2013.02.003Effect of Ultrasonic Treatment on the Strength and Ductility of Bulk Nanostructured Nickel Processed by EqualСhannel Angular Pressing / A. A. Samigullina [et al.] // Rev. on Advanced Materials Science. – 2014. – Vol. 39, N 1. – P. 48–53.Samigullina A. A., Nazarov A. A,, Mulyukov R. R., Tsarenko Yu. V., Rubanik V. V. Effect of Ultrasonic Treatment on the Strength and Ductility of Bulk Nanostructured Nickel Processed by Equal-Сhannel Angular Pressing. Reviews on Advanced Materials Science, 2014, vol. 39, no. 1, pр. 48–53.Investigation on the Strain Distribution in Tube High-Pressure Shearing / J. Meng [et al.] // Metals. – 2019. – Vol. 9, N 10. – Art. 1117. https://doi.org/10.3390/met9101117Meng J., Li Z., Liu Y., Zhu Y. B., Wang S., Lin K., Tao J. Q., Wang J. T. Investigation on the Strain Distribution in Tube High-Pressure Shearing. Metals, 2019, vol. 9, no. 10, art. 1117. https://doi.org/10.3390/met9101117Principles of severe plastic deformation using tube high-pressure shearing / J. T. Wang [et al.] // Scr. Mater. – 2012. – Vol. 67, N 10. – P. 810–813. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.07.028Wang J. T., Li Z., Wang J., Langdon T. G. Principles of severe plastic deformation using tube high-pressure shearing. Scripta Materialia, 2012, vol. 67, no. 10, рр. 810–813. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.07.028Ультразвуковая обработка нанометаллов, полученных деформационными методами / Ю. В. Царенко [и др.] // Актуальные проблемы прочности: материалы Междунар. науч. конф., Витебск, 25–29 мая 2020 г. / под ред. В. В. Рубаника. – Молодечно, 2020. – С. 366–368.Tsarenko Yu. V., Rubanik V. V., Lutsko V. F., Samoletov V. G., Wang J. T., Liu Yu. Ultrasonic treatment of nanometals obtained by deformation methods. Aktual’nye problemy prochnosti: materialy Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, Vitebsk, 25–29 maya 2020 goda [Actual problems of strength: materials of the International Scientific Conference, Vitebsk, May 25–29, 2020]. Molodechno, 2020, pp. 366–368 (in Russian).Effect of ultrasonic treatment on the microstructure and properties of nanostructured nickel processed by high pressure torsion / А. А. Nazarova [et al.] // Materials Science Forum. – 2010. – Vol. 667–669. – P. 605–609. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.667-669.605Nazarova A. A., Mulyukov R. R., Tsarenko Yu. V., Rubanik V. V., Nazarov A. A. Effect of ultrasonic treatment on the microstructure and properties of nanostructured nickel processed by high pressure torsion. Materials Science Forum, 2010, vol. 667–669, pp. 605–609. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.667-669.605

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