Влияние ультразвуковой обработки на механические свойства металлов, подвергнутых интенсивной пластической деформации

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.

1. Valiev, 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-s

2. Носкова, Н. И. Субмикрокристаллические и нано-кристаллические металлы и сплавы / Н. И. Носкова, Р. Р. Мулюков. – Екатеринбург, 2003. – 279 с.

3. Бриджмен, П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва / П. В. Бриджмен. – М., 1955. – 444 с.

4. 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.2008.03.002

5. Рубаник, 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/10.29235/1561-8323-2020-64-1-94-102

6. Hanges 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/s1052618814020113

7. Microstructure 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.2017.09.005

8. Blaha, F. Dehnung von Zink-Kristallen unter Ultraschalleinwirkung / F. Blaha, В. Langenecker // Naturwissenschaften. – 1955. – Vol. 42, N 20. – P. 556. https://doi.org/10.1007/bf00623773

9. Ultrasonic assisted – ECAP / F. Djavanroodi [et al.] // Ultrasonics. – 2013. – Vol. 53, N 6. – P. 1089–1096. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2013.02.003

10. Effect 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.

11. 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/met9101117

12. Principles 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.2012.07.028

13. Ультразвуковая 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.

14. 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.667-669.605