Випуски $\rightarrow$ Том 25, випуск 1 (2024)

Методи одержання ґрадієнтної структури

ВОЛОКІТІНА І.Є., ДЕНІСОВА А.І., ВОЛОКІТІН А.В., ПАНІН Є.А.

Карагандинський індустріяльний університет, просп. Республіки, 30, 101400 Темиртау, Казахстан

Отримано 24.09.2023, остаточна версія 16.02.2024 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Оглянуто методи одержання функціонально-ґрадієнтних матеріялів, що мають високий комплекс унікальних механічних, технологічних і спеціяльних властивостей під час роботи на удар, знос, втому, що зазнають підвищених циклічних і знакозмінних навантажень. Розглянуті матеріяли застосовуються в аерокосмічній техніці, енергетиці та інших галузях, що вирізняються вкрай несприятливими екстремальними умовами експлуатації відповідальних деталів, елементів конструкцій і аґреґатів. Розглянуто різні методи одержання ґрадієнтних структур, зокрема метод інтенсивної пластичної деформації металів і процес активного вигинання міді. Вивчається вплив ґрадієнтів розміру, текстури та здатности до зростання зерна на механізми деформації та механічні властивості ґрадієнтно-наноструктурованого ніклю, а також керамічних функціонально-ґрадієнтних матеріялів. Огляд може бути цікавим дослідникам і вченим у галузі матеріялознавства, металурґії та нанотехнологій.

Ключові слова: ґрадієнтні структури, функціонально-ґрадієнтні матеріяли, наноструктурні матеріяли, інтенсивна пластична деформація, механічні властивості матеріялів.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.132

Citation: I.E. Volokitina, A.I. Denissova, A.V. Volokitin, and E.A. Panin, Methods for Obtaining a Gradient Structure, Progress in Physics of Metals, 25, No. 1: 132–160 (2024)

Цитована література   
  1. I.E. Volokitina, A.V. Volokitin, M.A. Latypova, V.V. Chigirinsky, and A.S. Kolesnikov, Prog. Phys. Met., 24, No. 1: 132–156 (2023). https://doi.org/10.15407/ufm.24.01.132
  2. S.Y. Hong, Machining Sci. Technol., 10, No. 1: 133 (2006). https://doi.org/10.1080/10910340500534324
  3. A. Bychkov and A. Kolesnikov, Metallogr. Microstruct. Anal., 12, No. 3: 564–566 (2023). https://doi.org/10.1007/s13632-023-00966-y
  4. S.M. Yuan, L.T. Yan, W.D. Liu, and Q. Liu, J. Mater. Process. Technol., 211, No. 3: 356–362 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.10.009
  5. I.E. Volokitinа and A.V. Volokitin, Metallurgist, 67: 232–239 (2023). https://doi.org/10.1007/s11015-023-01510-7
  6. B. Sapargaliyeva, A. Agabekova, G. Ulyeva, A. Yerzhanov, and P. Kozlov, Case Studies in Construction Materials, 18: e02162 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02162
  7. R.Z. Valiev, A.V. Sergueeva, and A.K. Mukherjee, Scripta Mater, 49, No. 7: 666–674 (2003). https://doi.org/10.1016/S1359-6462(03)00395-6
  8. M. Hawryluk, J. Ziemba, and P. Sadowski, Mater. Sci., 50, No. 3: 74–78 (2017). https://doi.org/10.1177/0020294017707161
  9. N. Vasilyeva, R. Fediuk, and A. Kolesnikov, Materials, 15: 3975 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15113975
  10. P. Wang, L. Zhao, J. Liu, M.D. Weir, X. Zhou, and H.H.K. Xu, Bone Research., 2: 14017 (2014). https://doi.org/10.1038/boneres.2014.17
  11. I.E. Volokitina, A.V. Volokitin, and E.A. Panin, Prog. Phys. Met., 23, No. 4: 684–728 (2022). https://doi.org/10.15407/ufm.23.04.684
  12. D.A. Hughes and N. Hansen, Phys. Rev. Lett., 87, No. 13: 135503 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.135503
  13. T.H. Fang, W.L. Li, and N.R. Tao, Science, 331, No. 6024: 1587–1590 (2011). https://doi.org/10.1126/science.1200177
  14. I.E. Volokitina, Metal Sci. Heat Treat., 62: 253–258 (2020). https://doi.org/10.1007/s11041-020-00544-x
  15. K. Lu, Science, 345, No. 6203: 1455–1456 (2014). https://doi.org/10.1126/science.1255940
  16. X.L. Wu, P. Jiang, and L. Chen, Mater. Res. Lett., 2, No. 4: 185–191 (2014). https://doi.org/10.1080/21663831.2014.935821
  17. Y.J. Wei, Y.Q. Li, and L.C. Zhu, Nat. Commun., 5: 3580 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms4580
  18. G.I. Raab, L.A. Simonova, and G.N. Alyoshin, Metalurgija, 55: 177–180 (2016).
  19. B. Ilschner, J. de Physique IV Proc., 3: C7-763–C7-772 (1993). https://hal.science/jpa-00251740
  20. M.B. Bever and P.E. Duwez, Mater. Sci. Eng., 10: 1–8 (1972). https://doi.org/10.1016/0025-5416(72)90059-6
  21. M. Shen and M.B. Bever, J. Mater. Sci., 7: 741–746 (1972). https://doi.org/10.1007/BF00549902
  22. C. Olin, L. Durant, N. Favrot, J. Besson, G. Barrbier, and F. Dellanay, Proc. 13th Int. Plansee Seminar (24–28 May 1993, Plansee, Austria) (Ed. H. Bildstein and R. Eck), p. 522–536.
  23. M. Danilenko and V. Gorban, Materials Science Forum, 503: 787–792 (2006). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.503-504.787
  24. S. Ramesh Kumar, K. Gudimetla, B. Tejaswi, and B. Ravisankar, Trans. Indian. Inst. Met., 70: 639–648 (2017). https://doi.org/10.1007/s12666-017-1073-2
  25. I.E. Volokitina, Metal Sci. Heat Treat., 61: 234–238 (2019). https://doi.org/10.1007/s11041-019-00406-1
  26. K.O. Kostyk, V.O. Kostyk, and V.D. Kovalev, Prog. Phys. Met., 22, No. 1: 78 (2021). https://doi.org/10.15407/ufm.22.01.078
  27. H. Tian, H.L. Suo, O.V. Mishin, Y.B. Zhang, D. Jensen, and J.-C. Grivel, J. Mater. Sci., 48: 4183–4190 (2013). https://doi.org/10.1007/s10853-013-7231-y
  28. E.V. Galieva, V.A. Valitov, R.Ya. Lutfullin, and A.A. Bikmukhametova, Defect Diffus. Forum, 385: 150–154 (2018). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.385.150
  29. M. Kawasaki, B. Ahn, H.J. Lee, A.P. Zhilyaev, and T.G. Langdon, J. Mater. Res., 31: 88–99 (2016). https://doi.org/10.1557/jmr.2015.257
  30. A.V. Volokitin, I.E. Volokitina, and E.A. Panin, Prog. Phys. Met., 23, No. 3: 411–437 (2022). https://doi.org/10.15407/ufm.23.03.411
  31. A.P. Zhilyaev, G. Ringot, Y. Huang, J.M. Cabrera, and T.G. Langdon, Mater. Sci. Eng. A, 688: 498 (2017). https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.02.032
  32. G. Langford and M. Cohen, Trans. ASM, 62: 623–637 (1969).
  33. V.M. Segal, Mat. Sci. Eng. A, 338: 331–344 (2002). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00066-7
  34. Y. Beygelzimer, V. Varyukhin, D. Orlov, B. Efros, A. Salimgareyev, and V. Stolyarov, Ultrafine Grained Materials: Processing and Structure (Washington: 2002), pp. 137–142.
  35. A.W. Thompson, Met. Trans. A, 7: 833–842 (1977). https://doi.org/10.1007/bf02661564
  36. V. Rybin, Zakonomernosti Formirovaniya Mezostruktur v Khode Razvitoy Plasticheskoy Deformatsii [Regularities of Mesostructure Formation during Developed Plastic Deformation] (Materials Science: 2002) (in Russian).
  37. N.I. Noskova and A.V.Korznikov, Phys. Metals Metallogr., 94: 24–29 (2002).
  38. M. Nemoto, Z. Horita, M. Furukawa, and T.G. Langdon, Mater. Sci. Forum, 304–306: 59–66 (1999). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.304-306.59
  39. A.V. Belotskii and A.I. Yurkova, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 23, No. 4: 551–557 (2001).
  40. A. Dzubenko, A. Lapunov, and I. Radomiselsky, Powder Metallurgy, 9: 43–48 (1986). https://doi.org/10.1016/0026-0657(93)92883-7
  41. S. Takaki, Mater. Sci. Forum, 426–432: 215–222 (2003). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.215
  42. N. Tao, Z. Wang, W. Tong, M. Sui, J. Lu, and K. Lu, Acta Mater., 50, No. 18: 4603–4616 (2002). https://doi.org/10.1016/S1359-6454(02)00310-5
  43. K. Lu and J. Lu, Mater. Sci. Eng. A, 375–377: 38–45 (2004). https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.261
  44. A. Naizabekov, A. Volokitin, and E. Panin, J. Mater. Eng. Perform., 28, No. 3: 1762–1771 (2019). https://doi.org/10.1007/s11665-019-3880-6
  45. W. Tong, N. Tao, Z. Wang, J. Lu, and K. Lu, Science, 299, No. 5607: 686–688 2003. https://doi.org/10.1126/science.1080216
  46. I. Volokitina, A. Volokitin, A. Denissova, Y. Kuatbay, and Y. Liseitsev, Case Studies in Construction Materials, 19: e023462023. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02346
  47. N. Zhangabay, B. Sapargaliyeva, U. Suleimenov, K. Abshenov, A. Utelbayeva, A. Kolesnikov, K. Baibolov, R. Fediuk, D. Arinova, B. Duissenbekov, A. Seitkhanov, and M. Amran, Materials, 15: 5732 (2022) https://doi.org/10.3390/ma15165732
  48. T. Tursunkululy, N. Zhangabay, U. Suleimenov, K. Abshenov, A. Utelbayeva, A. Moldagaliyev, Z. Turashova, G. Karshyga, and P. Kozlov, Case Studies in Construction Materials, 18: e02019 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02019
  49. S.M. Hassani-Gangaraj, K.S. Cho, H.J.L. Voigt, M. Guagliano, and C.A. Schuh, Acta Mater., 97: 105–115 (2015). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.054
  50. O. Kolesnikova, N. Vasilyeva, A. Kolesnikov, and A. Zolkin, Mining Inf. Anal. Bull., 10, No. 1: 103–115 (2022). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_101_0_103
  51. G.I. Raab and R.Z. Valiev, Non-Ferrous Metallurgy, 5: 50–53 (2000).
  52. A.G. Raab, A.P. Zhilyaev, I.S. Kodirov, and G.N. Aleshin, Mater. Sci. Non-Equilibrium Phase Transformations, 1: 11–12 (2019).
  53. R. Yuan, Acta Mechanica, 234: 4147–4181 (2023). https://doi.org/10.1007/s00707-023-03606-2
  54. V.A. Tatarenko, T.M. Radchenko, A.Yu. Naumuk, and B.M. Mordyuk, Prog. Phys. Met., 25, No. 1: 3 (2024). https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.003
  55. D.S. Leonov, T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, and Yu.A. Kunitsky, Defect Diffus. Forum, 273–276: 520–524 (2008). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.273-276.520
  56. T.M. Radchenko and V.A. Tatarenko, Defect Diffus. Forum, 273–276: 525–530 (2008). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.273-276.525
  57. P. Szroeder, I.Yu. Sagalianov, T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, Yu.I. Prylutskyy, and W. Strupiński, Appl. Surf. Sci., 442: 185–188 (2018). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.02.150
  58. P. Szroeder, I. Sahalianov, T. Radchenko, V. Tatarenko, and Yu. Prylutskyy, Optical Mater., 96: 109284 (2019). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109284
  59. A.G. Solomenko, R.M. Balabai, T.M. Radchenko, and V.A. Tatarenko, Prog. Phys. Met., 23, No. 2: 147–238 (2022). https://doi.org/10.15407/ufm.23.02.147
  60. A.G. Solomenko, I.Y. Sahalianov, T.M. Radchenko, and V.A. Tatarenko, Sci. Rep., 13: 13444 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40541-7
  61. O.S. Skakunova, S.I. Olikhovskii, T.M. Radchenko, S.V. Lizunova, T.P. Vladimirova, and V.V. Lizunov, Sci. Rep., 13, 15950 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-43269-6
  62. Y. Lin, J. Pan, H.F. Zhou, H.J. Gao, and Y. Li, Acta Mater., 153: 279–289 (2018). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.04.065
  63. Y. Lin, J. Pan, Z. Luo, Y. Lu, K. Lu, and Y. Li, Nano Mater. Sci., 2, No. 1: 39–49 (2020). https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2019.12.004
  64. H. Ni, L. Wang, Zh. Wang, and J. Zhu, Rev. Adv. Mater. Sci., 59: 144–150 (2020). https://doi.org/10.1515/rams-2020-0105
  65. P. Shanmugavel, G.B. Bhaskar, M. Chandrasekaran, P.S. Mani, and S.P. Srinivasan, Eur. J. Sci. Res., 68. No. 3: 412–439 (2012).
  66. B. Kieback, A. Neubrand, and H. Riedel, Mater. Sci. Eng. A, 362, Nos. 1–2: 81–105 (2003). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00578-1
  67. T. Liu, Q. Wang, A. Gao, C. Zhang, C.J. Wang, and J.C. He, Scripta Mater., 57, No. 11: 992–995 (2007). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.08.011
  68. T. Knoppers, J.W. Gunnink, J. Van den Hout, and W. Van, TNO Science and Industry, p. 38–43.
  69. J.J. Lannutti, Composites Engineering, 4, No. 1: 81–94 (1994). https://doi.org/10.1016/0961-9526(94)90010-8
  70. M. Niino, T. Hirai, and R. Watanabe, J. Jap. Soc. Compos. Mat., 13: 257–264 (1987). https://doi.org/10.6089/jscm.13.257
  71. L. Marin, Int. J. Solids Struct., 42, No. 15: 4338–4351 (2005). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2005.01.005
  72. Y.W. Gu, K.A. Khor, Y.Q. Fu, and Y. Wang, Surf. Coat. Technol., 96, Nos. 2–3: 305–312 (1997). https://doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00185-0
  73. C.Q. Hong, X.H. Zhang, W.J. Li, J.C. Han, and S.H. Meng, Mater. Sci. Eng. A, 498, Nos. 1–2: 437–441 (2008). https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.08.032
  74. L.J. Zhang, Y.-Q. Wang, B.L. Zhou, and X.-Q. Wu, J. Mater. Sci. Lett., 17: 1677–1679 (1998). https://doi.org/10.1023/A:1006635221379
  75. D. Dimitrov, K. Schreve, and N. De Beer, Rapid Prototyping J., 12, No. 3: 136–147 (2006). https://doi.org/10.1108/13552540610670717
  76. J. Costakis, M.L. Rueschhoff, I. Andres Diaz-Cano, P.J. Youngblood, and W. Rodney, J. Eur. Ceramic Society, 36, No. 14: 3249–3256 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.06.002

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,