Систематизация термодинамической модели изменения структуры металлов и сплавов при механическом воздействии
Ключевые слова:
архитектура, металл, стойкость, развитие, структураАннотация
В последнее время разработка теоретических подходов для описания процессов изменения структуры материалов под действием механических воздействий становится всё более актуальной. Предложена термодинамическая модель, которая позволяет однозначно определить ход высоконеэквилибрированных процессов и охарактеризовать особенности формирования равновесной дисперсной структуры материала во время механической обработки. В качестве независимых параметров модели рассматриваются характеристики дефектов, энтропия и компоненты тензора деформации. В дальнейшем полученные результаты использованы для решения конкретных задач. Цель данной работы – систематизировать имеющиеся представления о термодинамической модели, описывающей изменение структуры металлов и сплавов при механическом воздействии, и изучить особенности и условия формирования равновесных структур различного типа. Таким образом, в рамках двухфакторной модели с учётом плотностей дислокаций и границ зерен построено подробное описание процессов, определяющих условия формирования равновесных структур. Более того, в работе детально рассмотрена эволюция основных типов дефектов и их взаимодействие при достижении стационарного режима, а также установлена зависимость типа равновесной структуры от величины деформации и исходного состояния материала. Выявлено, что изменение состояния системы имеет характер скачкообразных переходов. Из представленных описаний следует, что равновесная структура не является неизменной, а представляет собой динамическое равновесие процессов генерации и аннигиляции дефектов.
Библиографические ссылки
Banlusan K., Strachan A. First-principles study of elastic mechanical responses to applied deformation of metal-organic frameworks // Journal of Chemical Physics. 2017. 146(18). P. 2
Burkart M., Essig P., Liewald M., Beck M., Mueller M. Compensation of elastic die and press deformations during sheet metal forming by optimizing blank holder design. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 967. pp. 861-866.
Feng W., Lv, J., Hua L., Long H., Wang F. Effect of Relief-hole Diameter on Die Elastic Deformation during Cold Precision Forging of Helical Gears. In Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. pp. 627-632).
Hama T., Matsudai R., Kuchinomachi Y., Fujimoto H., Takuda H. Non-linear deformation behavior during unloading in various metal sheets. ISIJ International. 2015. 55(5). pp. 1067–1075.
Ishitsuka Y., Arikawa S., Yoneyama S. Change and anisotropy of elastic modulus in sheet metals due to plastic deformation. In Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2015. Vol. 9302. pp
Jeong Y., Gnäupel-Herold T., Iadicola M., Creuziger, A. Uncertainty in flow stress measurements using X-ray diffraction for sheet metals subjected to large plastic deformations // Journal of Applied Crystallography. 2016. 49(6), pp. 1991-2004.
Khayatzadeh S., Rahimi S. & Blackwell P. Effect of plastic deformation on elastic and plastic recovery in CPTitanium. Key Engineering Materials. 2016. pp. 716, 891-896.
Kurth R., Bergmann M., Tehel R., Dix M., Putz M. Cognitive clamping geometries for monitoring elastic deformation in forming machines and processes. CIRP Annals. 2021.
Li Q., Hua G., Lu H., Yu B. & Li D.Y. Understanding the Effect of Plastic Deformation on Elastic Modulus of Metals Based on a Percolation Model with Electron Work Function. 2018. JOM, 70(7). pp. 1130-1135.
Mandal A., Gupta Y.M. Elastic-plastic deformation of molybdenum single crystals shocked along // Journal of Applied Physics. 2017. 121(4). pp. 589-610.
Martino E., Santos-Cottin D., Le Mardelé F., Semeniuk K., Pizzochero M., Čerņevičs K. N., … Akrap A. Structural Phase Transition and Bandgap Control through Mechanical Deformation in Layered Semiconductors 1T-ZrX2(X = S, Se). ACS Materials Letters. 2020. 2(9). pp. 1115-1120.
Nagasako N., Asahi R., Isheim D., Seidman D.N., Kuramoto S., Furuta T. Microscopic study of gum-metal alloys: A role of trace oxygen for dislocation-free deformation. Acta Materialia. 2016. pp. 105, 347-354.
Neto D.M., Coër J., Oliveira M.C., Alves J.L., Manach P.Y., Menezes L. F. Numerical analysis on the elastic deformation of the tools in sheet metal forming processes // International Journal of Solids and Structures. 2016. pp. 100–101, 270–285.
Odermatt A., Richert C., Huber N. Prediction of elastic-plastic deformation of nanoporous metals by FEM beam modeling: A bottom-up approach from ligaments to real microstructures. Materials Science and Engineering A. 2020. P. 791.
Shin S., Zhang C., Vecchio K.S. Phase stability dependence of deformation mode correlated mechanical properties and elastic properties in Ti-Nb gum metal. Materials Science and Engineering A. 2017. pp. 702, 173-183.
Takaki S., Masumura T., Tsuchiyama T. Elastic constants in ideal poly-crystalline metals. Zairyo // Journal of the Society of Materials Science, Japan. 2020. 69(9). pp. 657–660.
Winey J.M., Renganathan P., Gupta Y.M. Shock wave compression and release of hexagonal-close-packed metal single crystals: Inelastic deformation of c -axis magnesium // Journal of Applied Physics. (2015). 117(10). pp.
Xiong Q.-L., Li Z., Shimada T., Kitamura T. Energy storage and dissipation of elastic-plastic deformation under shock compression: Simulation and Analysis. Mechanics of Materials. 2021. 158.
Yashiro K. Deformation mode analysis by eigenvectors of atomic elastic stiffness in static uniaxial tension of various fcc, bcc, and hcp metals. AIP Advances. 2020. 10(3).
Zeng Z., Flyagina I.S., Tan J.-C. Nanomechanical behavior and interfacial deformation beyond the elastic limit in 2D metal-organic framework nanosheets. Nanoscale Advances. 2020. 2(11), pp. 5181-5191.
