Особливості деформаційного зміцнення гетерогенних стопів алюмінію задля підвищення втомної довговічности

Випуски $\rightarrow$ Том 22, випуск 4 (2021)

О. Е. Засимчук$^1$, М. Г. Чаусов$^2$, Б. М. Мордюк$^1$, О. І. Баскова$^1$, В. І. Засимчук$^1$, Т. В. Турчак$^1$, О. С. Гаценко$^1$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Національний університет біоресурсів і природокористування України, вул. Героїв Oборони, 15, 03041 Київ, Україна

Отримано 20.07.2021; остаточна версія — 08.11.2021 Завантажити  PDF

Анотація
Гетерогенні стопи алюмінію мають попит в авіаційній галузі, де важливою є спроможність матеріалу протистояти втомним навантаженням. Темою статті є пошук найбільш експериментально доступних методів деформаційного впливу на такі матеріали з метою збільшення втомної довговічности. На жаль, попередні дослідження мали неоднозначний характер через велику кількість чинників впливу на втому металевих матеріалів при однотиповому механічному навантаженні; тому ми обрали динамічне навантаження з імпульсним підвантаженням. Виявилося, що для гетерогенних стопів 2024-Т351 і D16CzAT імпульсне підвантаження (ударно-коливне навантаження — УКН) в процесі статичної деформації сприяє збільшенню подальшої втомної довговічности за певної величини деформації в процесі дії імпульсу. Наприклад, для стопу 2024-Т351 при максимальній напрузі змінного навантаження σ_max = 400 МПа найбільшу втомну довговічність слід чекати за деформацій ε_imp = 2–4%, а при максимальній напрузі змінного (втомного) навантаження 440 МПа — за ε_imp = 3–5%. Для стопу D16CzAT в порівнянні із середніми значеннями втомної довговічности у вихідному стані втомна довговічність після оброблення збільшується при σ_max = 340 МПа на 11,6%, при напруженні σ_max = 370 МПа — на 18,4%, при напруженні σ_max = 400 МПа — на 21,2%. Відзначено також позитивний вплив на втомну довговічність довготривалої витримки після оброблення. Статистичними методами трансмісійної електронної мікроскопії досліджено вплив зміцнювальних фаз, таких як нанорозмірні частинки Θ-Al₂Cu і S-CuAl₂Mg, на окремі стадії попереднього оброблення стопів, а також вплив їхньої кількости на втомну довговічність. Велику увагу приділено механізму утворення зародків втомного руйнування в приповерхневих ділянках зразків, для чого було застосовано аналітичні розрахунки й експериментальну методу ультразвукового ударного оброблення (УЗУО). Показано, що застосування УЗУО після УКН не впливає на втомну довговічність стопу 2024-Т351 за частоти втомного навантаження у 15 Гц, в той час як одна УЗУО збільшує втомну довговічність стопу. Робиться висновок, що одночасне застосування комплексних деформаційних впливів сприяє пришвидшенню релаксаційних процесів, які зменшують втомну довговічність.

Ключові слова: втомна довговічність, пластична деформація, імпульсне підвантаження, трансмісійна електронна мікроскопія, гетерогенні стопи алюмінію, ультразвукове ударне оброблення.

Citation: O. E. Zasimchuk, M. G. Chausov, B. M. Mordyuk, O. I. Baskova, V. I. Zasimchuk, T. V. Turchak, and O. S. Gatsenko, Features of Strain Hardening of Heterogeneous Aluminium Alloys to Enhance the Fatigue Durability, Progress in Physics of Metals, 22, No. 4: 619–642 (2021); doi: 10.15407/ufm.22.04.619

Цитована література

C. Froustey, J.L. Lataillade, Int. J. Fatigue, 30, No. 5: 908 (2008); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2007.06.011
P. Ohnistova, M. Pisko, M. Petrenec, J. Dluhos, J. Hornikova, P. Sanders, Materials, 12, No. 21: 3605 (2019); https://doi.org/10.3390/ma12213605
M.S. Rana, T. Yamanaka, C. Makabe, J. Solid Mech. Mater. Eng., 3, No. 7: 968 (2009); https://doi.org/10.1299/jmmp.3.968
Md.Sh. Ferdous, C. Makabe, M.S. Rana, T. Miyazaki, Eng. Fail. Anal., 18, No. 1: 968 (2011); https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2010.08.007
E. Chabouk, M. Shariati, M. Kadkhodayan, J. Mater. Eng. Perform., 30, No. 4: 2864 (2021); https://doi.org/10.1007/s11665-021-05613-7
P. Xia, Z. Liu, S. Bai, J. Mater. Eng. Perform. 30: 2669 (2021) https://doi.org/10.1007/s11665-021-05626-2
T. Soiichiro, S. Moe, F. Riccardo, MATEC Web of Conferences, 165,14012 (2018); https://doi.org/10.1051/matecconf/201816514012
E. Janteccchia, A.M.S. Hamonda, F. Masharavati, E. Zalnechad, M. Cabibbo, M. El Mehtedi and S. Spigarelli, Adv. Mater. Sci. Eng., 2016: 9573524; https://doi.org/10.1155/2016/9573524
Q. Zhang, Y. Zhu, X. Gao, Y. Wu, C. Hutchinson, Nat. Commun., 11: 19071 (2020); https://doi.org/10.1038/s41467-020-19071-7
N.R. Gates, A. Fatemi, Procedia Eng., 101:159 (2015); https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.02.021
W.P. Mason, Journ. Acoust. Soc. Am., 28, No. 6: 1207; https://doi.org/10.1121/1.1908595
E. Willertz, Int. Met. Rev., 25, No. 1:65 (1980); https://doi.org/10.1179/imtr.1980.25.1.65
G. Schoeck, Int. J. Mater. Res., 73, No. 9: 576 (1982); https://doi.org/10.1515/ijmr-1982-730907
H. Mayer, Int. J. Fatigue, 28, No. 11: 1446 (2006); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2005.05.020
B. Mordyuk, G. Prokopenko, J. Sound Vib, 308, No. 3: 855 (2007); https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.03.054
B. Mordyuk, G. Prokopenko, Y. Milman, M. Iefimov, A. Sameljuk, Mater. Sci. Eng. A., 563: 138, (2013). https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.11.061
A. Berg-Pollack, F.- J. Voellmecke, C.M. Sonsino, Int. J. Fatigue, 33, No. 4: 513 (2011); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2010.09.017
L. Wagner, Mater. Sci. Eng. A, 263, No. 2: 210 (1999) https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)01168-X
E. Zasimchuk, L. Markashova, A. Baskova, T. Turchak, N. Chausov, V. Hut-saylyuk, V. Berezin, J. Mater. Eng. Perform., 22: 3421 (2013); https://doi.org/10.1007/s11665-013-0630-z.
E. Zasimchuk, T. Turchak, A. Baskova, N. Chausov, V. Hutsaylyuk, J. Mater. Eng. Perform., 26, No.3: 1293 (2017); https://doi.org/10.1007/s11665-017-2564-3.
E. Zasimchuk, O. Baskova, O. Gatsenko, T. Turchak, J. Mater. Eng. Perform., 27, No. 8: 4183 (2018); https://doi.org/10.1007/s11665-018-3515-3
E.E. Zasimchuk, V.I. Zasimchuk, T.V. Turchak, Usp. Fiz. Met., 14 , No. 3: 275 (2013); https://doi.org/10.15407/ufm.14.03.275 (in Russian).
E. Zasimchuk, T. Turchak , N. Chausov, Results in Materials , 6: 100090 (2020); https://doi.org/10.1016/j.rinma.2020.100090
M. Chausov, E. Zasimchuk, P. Maruschak, O. Khyzhum, A. Pylypenko, O. Prentkovskis, J. Brezinova, Iran. J. Sci. Technol. Trans. Mech. Eng. (2021); https://doi.org/10.1007/s40997-021-00443-3
M. Chausov, J. Brezinova, E. Zasimchuk, P. Maruschak, O. Khyzhum, A. Pylypenko, P. Bazarnik, J. Brezina, J. Mater. Eng. Perform., 30: 6235 (2021); https://doi.org/10.1007/s11665-021-05868-0
M.G. Chausov, V.F. Yiroshenko, A.P. Pilipenko, Patent 61760 A GO1N3/08 Ukraine, 15, 11, 2005; https://uapatents.com/4-61760-ustanovka-z-regulovanoyu-zhorstkistyu-navantazhuvalno-sistemi.html
S.S. Hassan, M.N. Hamzah, R.M. Abed, Q. J. Eng. Sci., 10, No. 2: 171,(2017); https://qu.edu.iq/journaleng/index.php/JQES/article/view/198
Hussain J. M. Alalkawi, Aseel A. Alhamdany, Marib R. Abdul Hassan, Al-Nahrain J. Engineering Sciences, 21, No. 1: 141 (2018); http://doi.org/10.29194/NJES21010141
X. Ye, Y. Zhu, D. Zhang, Adv. Mater. Res., 189–193: 897 (2011); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.189-193.897
G. Nicolis and I. Prigogine, Self-Organization in Nonequilibrium Systems (Wiley-Interscience: New York: 1977).
P. Glansdorff and I. Prigogine, Thermodynamic Theory of Structure, Stability and Fluctuations (Wiley: New York: 1971).
H. Haken, Synergetics (Springer-Verlag Berlin Heidelberg: 1983); https://doi.org/10.1007/978-3-662-10184-1
V. Ebeling, The Formation of Structures in Irreversible Processes (Mir: Moscow: 1979) (in Russian).
V. Harchenko, I. Lisenko, A. Schokotova, A. Bashtova, D. Harchenko, E. Ovcharenko, S.Kohan, X. Wu, B. Wen, L. Wu, W. Zhang, Prog. Phys. Met , 18, No. 4: 295 (2017); https://doi.org/10.15407/ufm.18.04.295
O. Oliinyk, V. Tatarenko, Dopov. Nac. Akad. Nauk Ukr., 3: 55 (2019); https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.03.055
T.M. Radchenko, O.S. Gatsenko, V.V. Lizunov, V.A. Tatarenko, Prog. Phys. Met., 21, No. 4: 580 (2020); https://doi.org/10.15407/ufm.21.04.580
T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, H. Zapolsky, D. Blavette, J. Alloys and Compounds, 452, No. 1: 122 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.12.149