Structure, phase composition, and properties of an Al-Hf alloy subjected to isentropic spherical shock waves

The dimensions of characteristic zones of transformations related to the high-strain-rate deformation of the alloy in the solid state and its melting in stress waves, as well as partial evaporation of the shocked melt during unloading into the central cavity that is formed behind the front of a spherically divergent shock wave have been determined. The chosen regime of the explosive loading of the sphere led to melting at the isentrope and at the adiabat in shock waves in various zones along the radius, and to the subsequent formation of two zones with "cast" structures differing in the grain size, degree of supersaturation of the α-solid solution, and the size and shape of the precipitated aluminide particles. In the zone that undenvent melting and high-rate solidification, metastable aluminides A13Hf were revealed inside the adiabatic shear bands. The main features of the evolution of the structures of the matrix and the aluminides in the field of the solid-state transformation were revealed. As a result of high-rate loading and subsequent unloading, the brittle phase was shown to undergo fragmentation and fracture, while the aluminum matrix acquires the structure of a hot-worked material

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИСХОДНОГО РАСПЛАВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛИТКОВ ИЛИ ОТЛИВОК

International audienceModern notions about the structure of liquid metals and alloys are considered. It is shown, that several types of micro-inhomogeneity and micro-heterogeneity can exist in liquid metal solutions. Their structural state can be changed as a result of composition, prehistory, temperature or pressure variations or under the influence of other external factors. These changes can be saved while subsequent cooling down to liquidus with a suitable rate and influence the structure and properties of the hardened alloy. The main attention is drawn to the influence of temperature of liquid metal heating. It is shown the possibility to develop optimal thermal smelting modes using the results of the structure and properties of melts investigation. Such optimized heat treatment of melts is an effective way to improve the quality of aluminum-based alloys.Рассмотрены современные представления о строении жидких металлов и сплавов. Показано, что в жидких металлических растворах могут существовать несколько ти-пов микронеоднородности и микрогетерогенности. Их структурное состояние изме-няется в результате вариации состава и предыстории, температуры и давления или влияния различных внешних воздействий. При последующем охлаждении с подхо-дящей скоростью эти изменения могут сохраняться вплоть до ликвидуса и влиять на структуру и свойства затвердевшего сплава. Главное внимание обращено на влияние температуры нагрева жидкого металла. Для сплавов на основе алюминия показана возможность разработки оптимальных термических режимов выплавки с использо-ванием результатов исследования структуры и свойств расплавов. Показано, что та-кая оптимизированная термическая обработка расплавов является эффективным способом повышения качества сплавов. Ключевые слова: расплавы, микронеоднородность, микрогетерогенность, структур-ные превращения, перегрев, алюминиевые сплавы ВВЕДЕНИЕ Подавляющее большинство технологических процессов производства металличе-ских сплавов включают перевод шихтовых материалов в расплавленное состояние и последующее затвердевание системы с различными, иногда очень высокими, скоро-стями охлаждения. В попытках улучшить структуру и служебные свойства слитков, отливок и деформированных полуфабрикатов технологи обращали большое внима-ние на поиск оптимальных условий затвердевания. И только первая стадия этого процесса-исходный расплав-традиционно оставался за пределами интересов ме-таллургов. В большинстве случаев попытки повлиять на систему на этом этапе заклю-чались в дополнительном легировании с целью оптимизации ее состава или в рафини-ровании для удаления вредных примесей. Однако в последние 50-60 лет в научной периодике накопилось большое количе-ство данных, которые свидетельствовали о том, что металлические расплавы являются весьма сложными динамическими системами. Они могут существовать в различных структурных состояниях и переходить из одного такого состояния в другое под дей-ствием различных внешних воздействий. Была установлена и роль структурного со-УДК 538.9:544.2:669.

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИСХОДНОГО РАСПЛАВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛИТКОВ ИЛИ ОТЛИВОК

International audienceModern notions about the structure of liquid metals and alloys are considered. It is shown, that several types of micro-inhomogeneity and micro-heterogeneity can exist in liquid metal solutions. Their structural state can be changed as a result of composition, prehistory, temperature or pressure variations or under the influence of other external factors. These changes can be saved while subsequent cooling down to liquidus with a suitable rate and influence the structure and properties of the hardened alloy. The main attention is drawn to the influence of temperature of liquid metal heating. It is shown the possibility to develop optimal thermal smelting modes using the results of the structure and properties of melts investigation. Such optimized heat treatment of melts is an effective way to improve the quality of aluminum-based alloys.Рассмотрены современные представления о строении жидких металлов и сплавов. Показано, что в жидких металлических растворах могут существовать несколько ти-пов микронеоднородности и микрогетерогенности. Их структурное состояние изме-няется в результате вариации состава и предыстории, температуры и давления или влияния различных внешних воздействий. При последующем охлаждении с подхо-дящей скоростью эти изменения могут сохраняться вплоть до ликвидуса и влиять на структуру и свойства затвердевшего сплава. Главное внимание обращено на влияние температуры нагрева жидкого металла. Для сплавов на основе алюминия показана возможность разработки оптимальных термических режимов выплавки с использо-ванием результатов исследования структуры и свойств расплавов. Показано, что та-кая оптимизированная термическая обработка расплавов является эффективным способом повышения качества сплавов. Ключевые слова: расплавы, микронеоднородность, микрогетерогенность, структур-ные превращения, перегрев, алюминиевые сплавы ВВЕДЕНИЕ Подавляющее большинство технологических процессов производства металличе-ских сплавов включают перевод шихтовых материалов в расплавленное состояние и последующее затвердевание системы с различными, иногда очень высокими, скоро-стями охлаждения. В попытках улучшить структуру и служебные свойства слитков, отливок и деформированных полуфабрикатов технологи обращали большое внима-ние на поиск оптимальных условий затвердевания. И только первая стадия этого процесса-исходный расплав-традиционно оставался за пределами интересов ме-таллургов. В большинстве случаев попытки повлиять на систему на этом этапе заклю-чались в дополнительном легировании с целью оптимизации ее состава или в рафини-ровании для удаления вредных примесей. Однако в последние 50-60 лет в научной периодике накопилось большое количе-ство данных, которые свидетельствовали о том, что металлические расплавы являются весьма сложными динамическими системами. Они могут существовать в различных структурных состояниях и переходить из одного такого состояния в другое под дей-ствием различных внешних воздействий. Была установлена и роль структурного со-УДК 538.9:544.2:669.

Formation of bulk nanostructure metals under dynamic loading

Structural changes observed in samples of technical-purity titanium, copper, and aluminum alloy AMts (Al–Mn) after severe plastic deformation were studied and results of this investigation are presented. In experiments, materials were loaded with the help of a gun. Samples were accelerated up to the velocity of about 100–400 m/s and then directed into a special matrix consisting of two channels located at 90° to one another. These samples were deformed with the strain rate of ~ 105 s−1; the stagnation pressure in the channel ranged from 2 to 5 GPa. Consideration is given to the relation between loading conditions and the specific nature of structure formation in materials. Under dynamic loading, the coarse-grained structure of the grain in the aluminum alloy becomes ~ 400 nm, and the sub-grain structure with the size of 50–100 nm is formed in copper. Microhardness of materials increases 1.5–2 times