Литоподібні архітектури, сформовані методами інтенсивної пластичної деформації
Анотація
Бейгельзімер Я. Ю., Кулагін Р. Ю., Естрін Ю. З., Давиденко О. А., Дмитренко В. Ю. Литоподібні архітектури, сформовані методами інтенсивної пластичної деформації
Одна з найбільш ефективних концепцій сучасного матеріалознавства - матеріали з внутрішньою архітектурою (architectured materials), полягає в максимально можливому використанні тих резервів, які надає структура матеріалу по формуванню його властивостей. У статті описаний новий підхід до створення таких матеріалів, заснований на тому, що композиції з різних металів піддають великому зсуву під високим тиском. Для цього використовують добре розвинені в даний час методи інтенсивної пластичної деформації (ІПД): кручення під високим тиском, рівноканальне кутове пресування, гвинтова екструзія тощо. Дослідниками показано, що ІПД-обробка призводить до міцного з'єднання компонентів композиції між собою та контрольованого формування в ній мультімасштабних структур. На нижньому масштабному рівні створюються наноструктури, головним елементом яких є нерівноважні висококутові границі зерен, товщиною близько 1 нм. На проміжних масштабних рівнях, з характерним розміром елементів порядку 1-100 мкм, формуються мезоструктури, подібні до тих, що спостерігаються в літосфері землі: складки, будини, вихрові структури, кінк-бенди, смуги зсуву та ін. Звідси і назва нового підходу - літоміметіка. Є підстави вважати, що на цьому шляху можуть бути створені нові матеріали з високою в'язкістю руйнування і з властивостями, які зазвичай разом непоєднувані, наприклад: високою міцністю, високою пластичністю, низьким модулем Юнга, малою густиною, гарною біосумісністю та ін.
Посилання
Ashby M. Designing architectured materials. Scripta Materialia. 2013. 68. рр. 4-7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.04.033
Architectured Materials in Nature and Engineering. Archimats. Estrin Y., Bréchet Y., Dunlop J., Fratzl P. Eds. Springer Nature, Switzerland AG. 2019. 445 р.
Beygelzimer Y., Kulagin R., Fratzl P., Estrin Y. Earth’s Lithosphere Inspires Materials Design. Advanced Materials. 2020. 33 (3). р. 2005473. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202005473
Haakon Fossen. Structural Geology. Cambridge University Press, Cambridge. 2010. 463 p.
URL:https://www.reddit.com/r/geologyporn/comments/68uqiu/softsediment_deformation_within_seismogenic/
Rice J. R. The Localization of Plastic Deformation. Proceedings of the 14th International Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Delft, Netherlands, 30 Aug 1976. рр. 207-220. https://www.osti.gov/servlets/purl/7343664
Nadai A. L. Theory of Flow and Fracture of Solids, Vol. 2. New York: McGraw-Hill Book Company Incorporated. 1963. 705 p.
Ziegler H. An Introduction to Thermomechanics. Elsevier North-Holland, Amsterdam, Netherlands. 1983. 370 р.
Han J-K., Herndon T., Jang J., Langdon T. G., Kawasaki M. Synthesis of Hybrid Nanocrystalline Alloys by Mechanical Bonding through High-Pressure Torsion. Advanced Engineering Materials. 2020. 22 (4). Р. 1901289. DOI: https://doi.org/10.1002/adem.201901289
Estrin Y., Beygelzimer Y., Kulagin R. Design of Architectured Materials Based on Mechanically-Driven Structural and Compositional Patterning. Advanced Engineering Materials. 2019. 21 (9), p. 1900487. DOI: https://doi.org/10.1002/adem.201900487
Beygelzimer Y., Kulagin R., Estrin Y., Severe Plastic Deformation as a Way to ProduceArchitectured Materials. / Architectured Materials in Nature and Engineering. Estrin, Y., Bréchet, Y., Dunlop, J., Fratzl, P. Eds. Springer Nature, Switzerland AG. 2019, рр. 231-255.
Kulagin R., Beygelzimer Y., Bachmaier A., Pippan R., Estrin Y. Benefits of pattern formation by severe plastic deformation. Applied Materials Today. 2019. 15, рр. 236-241. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.02.007
Kulagin R., Beygelzimer Y., Ivanisenko Yu., Mazilkin A., Straumal B., Hahn H. Instabilities of interfaces between dissimilar metals induced by high pressure torsion. Materials Letters. 2018. 222, рр. 172–175. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.03.200
Pouryazdan M., Kaus B.J.P., Rack A., Ershov A., Hahn H. Mixing instabilities during shearing of metals. Nature Communications. 2017. 8. 1611. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-017-01879-5
Kulagin R., Beygelzimer Y., Ivanisenko Y., Mazilkin A., Hahn H. Modelling of High Pressure Torsion using FEM. Procedia Engineering. 2017. 207, рр. 1445-1450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.911
Kulagin R., Beygelzimer Y., Ivanisenko Y., Mazilkin A., Hahn H. High Pressure Torsion: from Laminar Flow to Turbulence. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. 194. 012045. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/194/1/012045
Cao Y., Wang Y. B., Figueiredo R. B., Chang L., Liao X. Z., Kawasaki M., Zheng W. L., Ringer S. P., Langdon T. G., Zhu Y. T. Three-dimensional shear-strain patterns induced by high-pressure torsion and their impact on hardness evolution. Acta Materialia. 2011. 59, рр. 3903-3914. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.03.015
Bouaziz O. Geometrically induced strain hardening. Scripta Materialia. 2013. 68 (1), рр. 28-30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.08.008
Beygelzimer Y., Estrin Y., Kulagin R. Synthesis of Hybrid Materials by Severe Plastic Deformation: A New Paradigm of SPD Processing. Advanced Engineering Materials. 2015. 17 (12), pр. 1853-1861. DOI: https://doi.org/10.1002/adem.201500083
Cherepanov G.P. Fracture mechanics of composite materials. Moscow: Nauka, Main editorial office of physical and mathematical literature. 1983. 296 p. (in Russian).
Fitzgerald A.E., Kingsley C., Umans S.D. Electric Machinery. Sixth Edition. McGraw-Hill series in electrical engineering. Power and energy. McGraw-Hill Higher Education, A Division of The McGraw-Hill Companies. 2003. 703 p.
Brechet Y., Embury J.D. Architectured materials: Expanding materials space. Scripta Materialia. 2013. 68 (1), рр. 1-3. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.07.038
Fujioka T., Horita Z. Development of High-Pressure Sliding Process for Microstructural Refinement of Rectangular Metallic Sheets. Materials Transactions. 2009. 50 (4), pp. 930-933. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans.MRP2008445
