Випуски $\rightarrow$ Том 25, випуск 2 (2024)

Еволюція мікроструктури міді та її стопів у процесі інтенсивної пластичної деформації

ВОЛОКІТІН А.В., ДЕНІСОВА А.І., ФЕДОРОВА Т.Д., ЛАВРІНЮК Д.Н.

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

Отримано 12.10.2023, остаточна версія 22.04.2024 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Оглянуто дослідження зміни властивостей міді та її стопів у результаті інтенсивної пластичної деформації (ІПД). Літературний огляд показує, що сучасне матеріалознавство спрямовано на вирішення задачі одержання ультрадрібнозернистих матеріалів з великокутовими межами зерен. Методами ІПД вдається одержати так звані об’ємні наноструктурні матеріали з розміром зерен у 0,1–0,2 мкм і специфічними субструктурами, що містять ґратчасті й зерномежові дислокації та дисклінації. Такі структури характеризуються великими пружними спотвореннями кристалічної ґратки. Вважається, що подібні дрібнозернисті структури мають забезпечити одночасно високий рівень характеристик пластичности та міцности за рахунок особливих напружених висококутових зерен. Розглянуто методи ІПД, такі як кручення зі зсувом, рівноканальне кутове пресування, гвинтова екструзія, всебічне кування, вальцювання зі зсувом тощо. Серед найбільш істотних результатів ІПД варто виділити підвищення міцності, втомної стійкості та пружних властивостей матеріалу. Ці зміни роблять мідь та її сплави, піддані ІПД, дуже привабливими задля використання у багатьох галузях промисловости, включаючи електротехніку, авіацію, медицину та інші.

Ключові слова: мідь, мідні сплави, інтенсивна пластична деформація, дрібнозерниста мікроструктура, механічні властивості.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.02.294

Citation: A.V. Volokitin, A.I. Denissova, T.D. Fedorova, and D.N. Lavrinuk, Evolution of Microstructure of Copper and Its Alloys during Severe Plastic Deformation Process, Progress in Physics of Metals, 25, No. 2: 294–319 (2024)

Цитована література   
  1. R.Z. Valiev, A.V. Sergueeva, and A.K. Mukherjee, Scripta Mater., 49: 666 (2003). https://doi.org/10.1016/S1359-6462(03)00395-6
  2. I.E. Volokitina, A.V. Volokitin, M.A. Latypova, V.V. Chigirinsky, and A.S. Kolesnikov, Progress in Physics of Metals, 24, No. 1: 132 (2023). https://doi.org/10.15407/ufm.24.01.132
  3. S.M. Yuan, L.T. Yan, W.D. Liu, and Q. Liu, Journal Materials Processing Technology, 211: 356 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.10.009
  4. G.G. Kurapov, E.P. Orlova, and A. Turdaliev, J. Chem. Technol. Metall., 51: 451 (2016).
  5. I.E. Volokitinа and A.V. Volokitin, Metallurgist, 67: 232 (2023). https://doi.org/10.1007/s11015-023-01510-7
  6. I. Volokitinа, 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. I. Volokitinа, A. Bychkov, and A. Kolesnikov, Metallography, Microstructure, and Analysis, 12, No. 3: 564 (2023). https://doi.org/10.1007/s13632-023-00966-y
  8. K. Muszka, M. Wielgus, J. Majta, K. Doniec, and M. Stefanska-Kaclziela, Mater. Sci. Forum, 654–656: 314 (2010). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.654-656.314
  9. A.P. Zhilyaev and T.G. Langdon, Progress in Materials Science, 53, No. 6: 893 (2008). https://doi.org/10.1016/J.PMATSCI.2008.03.002
  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, Progress in Physics of Metals, 23, No. 4: 684 (2022). https://doi.org/10.15407/ufm.23.04.684
  12. Y. Beygelzimer, V. Varyukhin, S. Synkov, and D. Orlov, Materials Science and Engineering A, 503: 14 (2009). http://doi.org/10.1016/J.MSEA.2007.12.055
  13. M. Hawryluk, J. Ziemba, and P. Sadowski, Measurement and Control, 50: 74 (2017). http://doi.org/10.1177/0020294017707161
  14. I.E. Volokitina, Metal Science and Heat Treatment, 62: 253 (2020). https://doi.org/10.1007/s11041-020-00544-x
  15. I. Volokitina, A. Volokitin, A. Denissova, T. Fedorova, D. Lawrinuk, A. Kolesnikov, A. Yerzhanov, Y. Kuatbay, and Y. Liseitsev, Case Studies in Construction Materials, 19: e02346 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02346
  16. A.P. Zhilyaev, K. Ohishi, G.I. Raab, T.R. McNelley, and Y.T. Zhu, Ultrafine Grained Materials IV (Warrendale: TMS: 2006), p. 113.
  17. I.E. Volokitina and G.G. Kurapov, Metal Science and Heat Treatment, 59, Nos. 11–12: 786 (2018). https://doi.org/10.1007/s11041-018-0227-0
  18. A.B. Naizabekov, S.N. Lezhnev, and I.E. Volokitina, Metal Science and Heat Treatment, 57, Nos. 5–6: 254–260 (2015). https://doi.org/10.1007/s11041-015-9870-x
  19. S. Lezhnev, A. Naizabekov, and I. Volokitina, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 52, No. 4: 626 (2017).
  20. S. Ramesh Kumar, K. Gudimetla, B. Tejaswi, and B. Ravisankar, Trans. Indian. Inst. Met., 70: 639 (2017). https://doi.org/10.1007/s12666-017-1073-2
  21. G.I. Raab and R.Z. Valiev, Non-Ferrous Metallurgy, 5: 50 (2000).
  22. T. Liu, Q. Wang, A. Gao, C. Zhang, C.J. Wang, and J.C. He, Scripta Materialia, 57, No. 11: 992 (2007). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.08.011
  23. 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
  24. R. Yuan, Acta Mechanica, 234: 4147 (2023). https://doi.org/10.1007/s00707-023-03606-2
  25. I.E. Volokitina, Metal Science and Heat Treatment, 61: 234 (2019). https://doi.org/10.1007/s11041-019-00406-1
  26. L. Kommel, R. Veinthal, and E. Kimmari, Materials Science, 9: 99 (2003).
  27. Y.H. Zhao, J.F. Bingert, Y.T. Zhu, X.Z. Liao, R.Z. Valiev, Z. Horita, T.G. Langdon, Y.Z. Zhou, and E.J. Lavernia, Applied Physics Letters, 92, No. 8: 081903 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2870014
  28. A. Vinogradov, T. Suzuki, S. Hashimoto, K. Kitagawa, A. Kuznetsov, and S. Dobatkin, Materials Science Forum, 503–504: 971 (2006). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.503-504.971
  29. L. Kommel, Y.Y. Zhu, T.G. Langdon, R.Z. Valiev, S.L. Smetanin, D.H. Shin, and T.C. Lowe, Ultrafine Grained Materials III (Wiley: 2005), p. 571.
  30. A.V. Volokitin, I.E. Volokitina, and E.A. Panin, Progress in Physics of Metals, 23, No. 3: 411 (2022). https://doi.org/10.15407/ufm.23.03.411
  31. S. Swaminathan, M. Ravi Shankar, S. Lee, J. Hwang, A.H. King, R.F. Kezar, B.C. Rao, T.L. Brown, S. Chandrasekar, W.D. Compton, and K.P. Trumble, Mater. Sci. Eng. A, 410–411: 358 (2005). https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.139
  32. J. Alkorta, J.M. Martinez-Esnaola, and J.G. Sevillano, Acta Materialia, 56, No. 4: 884 (2008). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.10.039
  33. R.Z. Valiev and T.G. Langdon, Progress in Materials Science, 51, No. 7: 881 (2006). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.02.003
  34. Y.T. Zhu and T.C. Lowe, Scripta Materialia, 51, No. 8: 819 (2004). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.05.014
  35. I.E. Volokitina, Metal Science and Heat Treatment, 63, Nos. 3–4: 163 (2021). https://doi.org/10.1007/s11041-021-00664-y
  36. A.B. Naizabekov, A.S. Kolesnikov, M.A. Latypova, T.D. Fedorova, and A.D. Mamitova, Progress in Physics of Metals, 23, No. 4: 629 (2022). https://doi.org/10.15407/ufm.23.04.629
  37. Y.M. Wang and E. Ma, Materials Science and Engineering A, 375–377: 46 (2004). https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.214
  38. M.A. Meyers, A. Mishra, and D.J. Benson, Progress in Materials Science, 51, No. 4: 427 (2006). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2005.08.003
  39. Z. Horita, T. Fujinami, M. Nemoto, and T.G. Langdon, Journal of Materials Processing Technology, 117, No. 3: 288 (2001). https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)00783-X
  40. A.P. Zhilyaev and T.G. Langdon, Progress in Materials Science, 53, No. 6: 893 (2008). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.03.002
  41. R.W. Landgraf, Metal Forming Plasticity (Springer: 1974).
  42. W.P. Chang and S.-C. Jen, International Journal of Solids and Structures, 22, No. 3: 267 (1986). https://doi.org/10.1016/0020-7683(86)90091-0
  43. Y. Beygelzimer, R. Kulagin, M.I. Latypov, V.Varyukhin, and H.S. Kim, Metals and Materials Instrumental, 21: 734 (2015). https://doi.org/10.1007/s12540-015-4577-5
  44. V.M. Segal, V.I. Reznikov, V.I. Kopylov, D.A. Pavlik, and V.F. Malyshev, Protsessy Plasticheskogo Strukturoobrazovaniya Metallov (Minsk: Novyye Tekhnologii: 1994) (in Russian).
  45. F. Barlat and J. Lian, International Journal of Plasticity, 5, No. 1: 51 (1989). https://doi.org/10.1016/0749-6419(89)90019-3
  46. L. Kunz, Copper Alloys – Early Applications and Current Performance – Enhancing Processes (IntechOpen: 2012). https://doi.org/10.5772/32634
  47. A. Naizabekov, I. Volokitina, A. Volokitin, and E. Panin, Journal of Materials Engineering and Performance, 28, No. 3: 1762 (2019). https://doi.org/10.1007/s11665-019-3880-6
  48. S.N. Lezhnev, I.E. Volokitina, and A.V. Volokitin, Physics of Metals and Metallography, 118: 1167–1170 (2017). https://doi.org/10.1134/S0031918X17110072
  49. S.N. Lezhnev, E. Panin, and I. Volokitina, Advanced Materials Research, 814: 68 (2013). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.814.68
  50. С.N. Aguilar, Microstructure and Properties of Copper Deformed by Accumulative Roll-Bonding (Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona, School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan: 2014).
  51. L. Kommel, A. Rozkina, and I. Vlasieva, Metals, Alloys, Coatings, 14: 2029 (2008).
  52. L. Kommel, I. Hussainova, and O. Volobueva, Materials and Design, 28, No. 7: 2121 (2007). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2006.05.021
  53. A. Mishra, B.K. Kad, F. Gregori, and M.A. Meyers, Acta Materiala, 55, No. 1: 13 (2007). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.07.008
  54. I. Volokitina, B. Sapargaliyeva, A. Agabekova, S. Syrlybekkyzy, A. Volokitin, L. Nurshakhanova, F. Nurbaeva, A. Kolesnikov, G. Sabyrbayeva, A. Izbassar, O. Kolesnikova, Y. Liseitsev, and S. Vavrenyuk, Case Studies in Construction Materials, 19: e02256 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02256
  55. I. Volokitina, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 57, No. 3: 631–636 (2022).
  56. N. Zhangabay, I. Baidilla, A. Tagybayev, U. Suleimenov, Z. Kurganbekov, M. Kambarov, A. Kolesnikov, G. Ibraimbayeva, K. Abshenov, I. Volokitina, B. Nsanbayev, Y. Anarbayev, and P. Kozlov, Case Studies in Construction Materials, 18: e02161 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02161
  57. S. Swaminathan, T.L. Brown, S. Chandrasekar, T.R. McNelley, and W.D. Compton, Scripta Materiala, 56, No. 12: 1047 (2007). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.02.034
  58. W. Moscoso, M. Ravi Shankar, J.B. Mann, W.D. Compton, and S. Chandrasekar, J. Mater. Res., 22: 201–205 (2007). https://doi.org/10.1557/jmr.2007.0021
  59. S. Tamimi, M. Ketabchi, N. Parvin, M. Sanjari, and A. Lopes, International Journal of Metals, 2014: 179723 (2014). https://doi.org/10.1155/2014/179723
  60. S.M. Ghalehbandi, M. Malaki, and M. Gupta, Applied Sciences, 9, No. 17: 3627 (2019). https://doi.org/10.3390/app9173627
  61. A. Heidarzadeh, T. Saeid, V. Klemm, A. Chabok, and Y. Pei, Materials & Design, 162: 185 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.11.050
  62. I.E. Volokitina and A.V. Volokitin, Physics of Metals and Metallography, 119: 917–921 (2018). https://doi.org/10.1134/S0031918X18090132
  63. S.N. Lezhnev, I.E. Volokitina, E.A. Panin, and A.V. Volokitin, Physics of Metals and Metallography, 121: 689 (2020). https://doi.org/10.1134/S0031918X20070054
  64. S. Lezhnev, I. Volokitina and T. Koinov, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 49, No. 6: 621 (2014).
  65. E.N. Borodin, A. Morozova, V. Bratov, A.Belyakov, and A.P. Jivkov, Materials Characterization, 156: 109849 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matchar.2019.109849
  66. B. Grzegorczyk, S. Rusz, P. Snopinski, O. Hilser, A. Skowronek, and A. Grajcar, Journal of Mining and Metallurgy B, 59, No. 1: 39 (2023). https://doi.org/10.2298/JMMB220309004G
  67. W. Wang, Sh. Zhou, Zh. Xiao, W. Qiu, and Q. Lei, Journal of Alloys and Compounds, 925: 166624 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166624
  68. A.K. Parimi, P.S. Robi, and S.K. Dwivedy, Materials and Design, 32, No. 4: 1948 (2011). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.11.074
  69. A.T. Kunimine and M. Watanabe, Materials Transaction, 60, No. 8: (2019). https://doi.org/10.2320/matertrans.MF201944
  70. A.I. Belyaeva, A.A. Galuza, P.A. Khaimovich, I.V. Kolenov, A.A. Savchenko, S.I. Solodovchenko and N.A. Shul’gin, Physics of Metals and Metallography, 117: 1170 (2016). https://doi.org/10.1134/S0031918X16090027
  71. M. Furukawa, Z. Horita, M. Nemoto, and T. Langdon, Journal of Materials Science, 36: 2835 (2001). https://doi.org/10.1023/A:1017932417043
  72. Y. Estrin and A. Vinogradov, Acta Materialia, 61, No. 3: 782 (2013). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.10.038
  73. V.V. Chigirinsky, Y.S. Kresanov, and I.E. Volokitina, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 4: 467 (2023). https://doi.org/10.15407/mfint.45.04.0467
  74. C.D.S. Tuck, C.A. Powell, and J. Nuttall, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering (Elsevier: 2016). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.01634-9
  75. C.D.S. Tuck, C.A. Powell, and J. Nuttall, Shreir’s Corrosion, 3: 1937 (2010). https://doi.org/10.1016/B978-044452787-5.00094-9
  76. V.A. Tatarenko and T.M. Radchenko, Usp. Fiz. Met., 3, No. 2: 111 (2002). https://doi.org/10.15407/ufm.03.02.111
  77. V.A. Tatarenko and C.L. Tsynman, Solid State Ionics, 101–103: 1093 (1997). https://doi.org/10.1016/S0167-2738(97)00375-5
  78. I.A. Ivanova, D.S. Daskalova, L.P. Yordanova, and E.L. Pavlova, Processes, 12, No. 2: 352 (2024). https://doi.org/10.3390/pr12020352

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,