Обзор: Неравновесные границы зерен в объемных наноструктурных материалах и их возврат под влиянием нагрева и циклической деформации

Получена 28 апреля 2018; Принята 09 июля 2018;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.А. Назаров. Обзор: Неравновесные границы зерен в объемных наноструктурных материалах и их возврат под влиянием нагрева и циклической деформации. Письма о материалах. 2018. Т.8. №3. С.372-381
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-3-372-381

Аннотация

Extrinsic grain boundary dislocations (EGBDs) are formed in grain boundaries during plastic deformation of polycrystals EGBDs cause a nonequilibrium structure of grain boundaries, long-range stress fields and enhanced energy Nonequilibrium grain boundaries are typical for bulk nanomaterials processed by plastic deformation mnethodsОбъемные наноструктурные, или ультрамелкозернистые (УМЗ) материалы, полученные методами интенсивной пластичсекой деформации (ИПД), содержат границы зерен (ГЗ), находящиеся в специфическом, неравновесном состоянии, связанном с внесенными зернограничными дислокациями (ВЗГД), введенными в границы при деформации. В настоящем обзоре проанализирована природа этого состояния на основе результатов исследований больших пластических деформаций, согласно которым при деформировании ГЗ накапливают мезодефекты, состоящие из дисклинаций Рыбина в тройных стыках и системы тангенциальных дислокаций, и наследуют их после снятия нагрузки. Приведены основные экспериментальные доказательства неравновесного характера ГЗ в свежеприготовленных наноструктурных материалах. Сделан обзор основных идей и результатов структурной модели УМЗ металлов, основанной на физике дислокаций и дисклинаций. Рассмотрены недавние работы по молекулярно-динамическому моделированию, выполненные для исследования атомной структуры дисклинаций и неравновесных ГЗ, и их результаты сопоставлены с предсказаниями структурной модели. Описаны механизмы и кинетика диффузионно-контролируемого возврата неравновесных ГЗ. Совсем недавно был открыт альтернативный механизм атермической релаксации неравновесной структуры ГЗ под действием осциллирующих напряжений и исследован экспериментально и методом компьютерного моделирования. Сделан краткий обзор основных результатов этих исследований.

Ссылки (82)

1. P. H. Pumphrey, H. Gleiter. Philos. Mag. 32, 881 (1975). Crossref
2. R. Z. Valiev, V. Yu. Gertsman, O. A. Kaibyshev. Phys. Status Solidi A. 78, 97 (1983). Crossref
3. R. Z. Valiev, V. Yu. Gertsman, O. A. Kaibyshev. Phys. Status Solidi A. 97, 11 (1986). Crossref
4. A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z. Valiev. Acta Metall. Mater. 41, 1033 (1993). Crossref
5. D. J. Dingley, R. C. Pond. Acta Metall. 27, 667 (1979). Crossref
6. R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, R. R. Mulyukov. Phys. Metals Metallogr. 73, 70 (1992).
7. R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, R. R. Mulyukov. Mater. Sci. Eng. A 168, 141 (1993). Crossref
8. N. I. Noskova, R. R. Mulyukov. Submicrocrystalline and nanocrystalline metals and alloys. Ekaterinburg, Ural Branch RAS (2003) 279 p. (in Russian) [Н. И. Носкова, Р. Р. Мулюков. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы. Екатеринбург, УрО РАН (2003) 279 с.].
9. R. R. Mulyukov, A. A. Nazarov, R. M. Imayev. Mater. Sci. Forum. 584 - 586, 29 (2008). Crossref
10. R. Z. Valiev, A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. Bulk nanostructured materials: fundamentals and applications. Wiley, Hoboken (2013) 440 p.
11. A. A. Nazarov, R. R. Mulyukov. In: Handbook of Nanoscience, Engineering, and Technology (Eds. W. Goddard, D. Brenner, S. Lyshevski, G. Iafrate). CRC Press, Boca Raton (2003). P. 22-1-22-41.
12. X. Sauvage, G. Wilde, S. V. Divinsky, Z. Horita, R. Z. Valiev. Mater. Sci. Eng. A. 540, 1 (2012). Crossref
13. P. Kumar, M. Kawasaki, T. G. Langdon. J. Mater. Sci. 51, 7 (2016). Crossref
14. A. A. Nazarova, S. V. Dmitriev, Y. A. Baimova, R. R. Mulyukov, A. A. Nazarov. Phys. Metals Metallogr. 111, 513 (2011). Crossref
15. A. A. Nazarov. Rev. Adv. Mater. Sci. 47, 42 (2016).
16. A. A. Nazarov. Letters on Materials. 6(3), 179 (2016). Crossref
17. A. A. Nazarov, R. T. Murzaev. J. Metast. Nanocr. Mater. 30, 1 (2018). Crossref
18. A. A. Nazarov, R. T. Murzaev. Letters on materials. 8(1), 5 (2018). Crossref
19. A. A. Nazarov, R. T. Murzaev. Comp. Mater. Sci. 151, 204 (2018). Crossref
20. A. A. Nazarova, R. R. Mulyukov, Yu. V. Tsarenko, V. V. Rubanik, A. A. Nazarov. Mater. Sci. Forum. 667 - 669, 605 (2011). Crossref
21. A. A. Nazarov, A. A. Samigullina, R. R. Mulyukov, Yu. V. Tsarenko, V. V. Rubanik. J. Machinery Manuf. Reliability. 43, 153 (2014). Crossref
22. A. A. Samigullina, A. A. Nazarov, R. R. Mulyukov, Yu. V. Tsarenko, V. V. Rubanik. Rev. Adv. Mater. Sci. 39, 48 (2014).
23. A. A. Samigullina, R. R. Mulyukov, A. A. Nazarov, A. A. Mukhametgalina, Y. V. Tsarenko, V. V. Rubanik. Letters on materials. 4(1), 52 (2014). (in Russian) [А. А. Самигуллина, Р. Р. Мулюков, А. А. Назаров, А. А. Мухаметгалина, Ю. В. Царенко, В. В. Рубаник. Письма о материалах. 4(1), 52 (2014).]. Crossref
24. A. A. Mukhametgalina, A. A. Samigullina, S. N. Sergeyev, A. P. Zhilyaev, A. A. Nazarov, Yu. R. Zagidullina, N. Yu. Parkhimovich, V. V. Rubanik, Yu. V. Tsarenko. Letters on materials. 7(2), 85 (2017). (in Russian) [А. А. Мухаметгалина, А. А. Самигуллина, С. Н. Сергеев, А. П. Жиляев, А. А. Назаров, Ю. Р. Загидуллина, Н. Ю. Пархимович, В. В. Рубаник, Ю. В. Царенко. Письма о материалах. 7(2), 85 (2017).]. Crossref
25. A. A. Samigullina, A. A. Mukhametgalina, S. N. Sergeyev, A. P. Zhilyaev, A. A. Nazarov, Yu. R. Zagidullina, N. Yu. Parkhimovich, V. V. Rubanik, Yu. V. Tsarenko. Ultrasonics. 82, 313 (2018). Crossref
26. D. V. Bachurin, R. T. Murzaev, J. A. Baimova, A. A. Samigullina, K. A. Krylova. Letters on Materials. 6(3), 183 (2016). (in Russian) [Д. В. Бачурин, Р. Т. Мурзаев, Ю. А. Баимова, А. А. Самигуллина, К. А. Крылова. Письма о материалах. 6(3), 183 (2016).]. Crossref
27. R. T. Murzaev, D. V. Bachurin, A. A. Nazarov. Phys. Metals Metallogr. 118, 621 (2017). Crossref
28. D. V. Bachurin, R. T. Murzaev, A. A. Nazarov. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 25, 085010 (2017). Crossref
29. R. T. Murzaev, D. V. Bachurin, A. A. Nazarov. Phys. Metals Metallogr. 118, 621 (2017). Crossref
30. R. T. Murzaev, D. V. Bachurin, A. A. Nazarov. Int. J. Solids Structures, accepted (2018). Crossref
31. A. Hasnaoui, H. Van Swygenhoven, P. M. Derlet. Acta Mater. 50, 3927 (2002). Crossref
32. G. J. Tucker, D. L. McDowell. Int. J. Plast. 27, 841 (2011). Crossref
33. T. J. Rupert, C. A. Schuh. Philos. Mag. Lett. 92, 20 (2012). Crossref
34. V. V. Rybin, A. A. Zisman, N. Yu. Zolotarevskii. Phys. Solid State. 27, 181 (1985).
35. V. V. Rybin. Large plastic deformations and fracture of metals. Metallurgiya, Moscow (1986) 224 p. (in Russian) [В. В. Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов. Москва, Металлургия (1986) 224 с.].
36. V. V. Rybin, A. A. Zisman, N. Yu. Zolotarevskii. Acta Metall. Mater. 41, 2211 (1993). Crossref
37. A. E. Romanov, A. L. Kolesnikova. Progr. Mater. Sci. 54, 740 (2009). Crossref
38. T. S. Orlova, A. A. Nazarov, N. A. Enikeev, I. V. Alexandrov, R. Z. Valiev, A. E. Romanov. Phys. Solid State 47, 845 (2005). Crossref
39. T. S. Orlova, A. E. Romanov, A. A. Nazarov, N. A. Enikeev, I. V. Alexandrov, R. Z. Valiev. Techn. Phys. Lett. 31, 1015 (2005). Crossref
40. A. A. Nazarov, N. A. Enikeev, T. S. Orlova, A. E. Romanov, I. V. Alexandrov, I. J. Beyerlein, R. Z. Valiev. Acta Materialia. 54, 985 (2006). Crossref
41. G. F. Sarafanov, V. N. Perevezentsev. Techn. Phys. Lett. 35, 302 (2009). Crossref
42. V. V. Rybin, V. N. Perevezentsev, Yu. V. Svirina. Techn. Phys. 61, 898 (2016). Crossref
43. V. V. Rybin, V. N. Perevezentsev, Yu. V. Svirina. Phys. Metals Metallogr. 118, (2017) 1171. Crossref
44. V. V. Rybin, V. N. Perevezentsev, Yu. V. Svirina. Techn. Phys. 62, 745 (2017). Crossref
45. T. Simokawa, T. Yamashita, T. Niiyama, N. Tsuji. Mater. Trans. 57, 1392 (2016). Crossref
46. R. Z. Valiev, R. Sh. Musalimov. Phys. Metals Metallogr. 78, 666 (1994).
47. Z. Horita, D. J. Smith, M. Nemoto, R. Z. Valiev, T. G. Langdon. J. Mater. Res. 13, 446 (1998). Crossref
48. M. P. Liu, H. J. Roven, X. T. Liu, M. Murashkin, R. Z. Valiev, T. Ungár, L. Balogh. Trans. Nonferrous Metals Soc. China 20, 2051 (2010). Crossref
49. H. Rösner, C. Kübel, Y. Ivanisenko, L. Kurmanaeva, S. V. Divinski, M. Peterlechner, G. Wilde. Acta Mater. 59, 7380 (2011). Crossref
50. K. Reimann, R. Würschum. J. Appl. Phys. 81, 7186 (1997). Crossref
51. P. G. Sanders, A. B. Witney, J. R. Weertman, R. Z. Valiev, R. W. Siegel. Materials Sci. Eng. A. 204, 7 (1995). Crossref
52. E. Hellstern, H. J. Fecht, Z. Fu, W. L. Johnson. J. Appl. Phys. 65, 305 (1989). Crossref
53. J. Languillaume, F. Chmelik, G. Kapelski, F. Bordeaux, A. A. Nazarov, G. Canova, C. Esling, R. Z. Valiev, B. Baudelet. Acta Metall. Mater. 41, 2953 (1993). Crossref
54. E. Korznikova, E. Schafler, G. Steiner, M. J. Zehetbauer. In: Ultrafine Grained Materials IV (Eds. Y. T. Zhu, T. G. Langdon, Z. Horita, M. J. Zehetbauer, S. L. Semiatin, T. C. Lowe). TMS, Warrendale, USA (2006) P. 97 - 102.
55. A. P. Zhilyaev, B.-K. Kim, J. A. Szpunar, M. D. Baro, T. G. Langdon. Mater. Sci. Eng. A. 391, 377 (2005). Crossref
56. P. V. Kuznetsov, T. V. Rakhmatulina, I. V. Belyaeva, A. V. Korznikov. Phys. Metals Metallogr. 118, 241 (2017). Crossref
57. Yu. R. Kolobov, G. P. Grabovetskaya, M. B. Ivanov, A. P. Zhilyaev, R. Z. Valiev. Scripta Mater. 44, 873 (2001). Crossref
58. R. Würschum, A. Kübler, S. Gruß, P. Scharwaechter, W. Frank, R. Z. Valiev, R. R. Mulyukov, H.-E. Schaefer. Ann. Chim.−Sci. Matér. 21, 471 (1996).
59. V. V. Popov, A. V. Sergeev. Phys. Metals. Metallogr. 118, 1091 (2017). Crossref
60. S. V. Divinsky, G. Reglitz, H. Rösner, Y. Estrin, G. Wilde. Acta Mater. 59, 1974 (2011). Crossref
61. G. Wilde, J. Ribbe, G. Reglits, M. Wegner, H. Rösner, Y. Estrin, M. Zehetbauer, D. Setman, S. Divinsky. Adv. Eng. Mater. 12, 758 (2010). Crossref
62. A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z Valiev. Nanostr. Mater. 6, 775 (1995). Crossref
63. A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z Valiev. Scripta Mater. 34, 729 (1996). Crossref
64. A. A. Nazarov. Scripta Mater. 37, 1155 (1997). Crossref
65. A. A. Nazarov, A. E. Romanov, R. Z Valiev. Nanostr. Mater. 4, 93 (1994). Crossref
66. A. A. Nazarov, A. E. Romanov, B. Baudelet. Philos. Mag. Lett. 68, 303 (1993). Crossref
67. A. A. Nazarov. Ann. Chim.−Sci. Matér. 21, 461 (1996).
68. J. Hirth, J. Lothe. Theory of dislocations. Wiley, New York (1982).
69. A. E. Romanov, V. I. Vladimirov. In: Dislocations in Crystals (Ed. F. R.N. Nabarro). North Holland, Amsterdam (1992). P. 191 - 402.
70. A. I. Mikhailin, A. E. Romanov. Sov. Phys. Solid State 28, 337 (1986).
71. L. V. Zhigilei, A. I. Mikhailin, A. E. Romanov. Fizika metallov i metallovedenie. 66, 65 (1988). (in Russian) [Л. В. Жигилей, А. И. Михайлин, А. Е. Романов. ФММ. 66, 65 (1988).].
72. K. Zhou, A. A. Nazarov, M. S. Wu. Phys. Rev. B. 73, 045410 (2006). Crossref
73. M. S. Wu, K. Zhou, A. A. Nazarov. Phys. Rev. B. 76, 134105 (2007). Crossref
74. M. S. Wu, K. Zhou, A. A. Nazarov. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 14, 1 (2006). Crossref
75. K. Zhou, A. A. Nazarov, M. S. Wu. Phys. Rev. Lett. 98, 035501 (2007). Crossref
76. K. Zhou, M. S. Wu, A. A. Nazarov. Acta Mater. 56, 5828 (2008). Crossref
77. A. A. Nazarov. Interface Sci. 8, 315 (2000). Crossref
78. D. V. Bachurin, A. A. Nazarov. Philos. Mag. 83, 2653 (2004). Crossref
79. I. Kaur, W. Gust, L. Kozma. Handbook of Grain Boundary and Interphase Boundary Diffusion Data. Ziegler Press, Stuttgart (1989).
80. I. A. Ovid’ko, A. G. Sheinerman, R. Z. Valiev. Scripta Mater. 76, 45 (2014). Crossref
81. N. A. Tyapunina, E. K. Naimi, G. M. Zinenkova. Ultrasound action on crystals with defects. MSU, Moscow (1999) 238 p. (in Russian) [H. A. Тяпунина, E. K. Наими, Г. М. Зиненкова. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. Москва, Изд-во Моск. ун-та (1999) 238 с.].
82. A. E. Romanov, A. L. Kolesnikova, T. S. Orlova, I. Hussainova, V. E. Bougrov, R. Z. Valiev. Carbon. 81, 223 (2015). Crossref

Цитирования (27)

1.
H. Miyamoto, M. Yuasa, M. Rifai, H. Fujiwara. Mater. Trans. 60(7), 1243 (2019). Crossref
2.
A. M. Glezer, L. F. Muradimova, S. O. Shirshikov, I. V. Shchetinin, D. L. D’yakonov, A. A. Tomchuk. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 83(10), 1250 (2019). Crossref
3.
A. Mukhametgalina, A. Nazarov. Lett. Mater. 9(4), 414 (2019). Crossref
4.
T.I. Mazilova, E.V. Sadanov, I.V. Starchenko, I.M. Mikhailovskij. Materials Letters. 260, 126980 (2020). Crossref
5.
K.R. Sapozhnik, O.V. Bashkov, M.D. Borisenko, Denis B. Solovev. MSF. 992, 940 (2020). Crossref
6.
G. Poletaev, D. Novoselova, R. Rakitin, A. Semenov. Lett. Mater. 10(3), 299 (2020). Crossref
7.
R.T. Murzaev, D.V. Bachurin, A.A. Mukhametgalina, M.A. Murzinova, A.A. Nazarov. Physics Letters A. 384(35), 126906 (2020). Crossref
8.
Aikol M. Mairambekova, Anna Y. Eroshenko, Vladimir A. Oborin, Mikhail V. Bannikov, Valentina V. Chebodaeva, Alena I. Terekhina, Oleg B. Naimark, Andrey I. Dmitriev, Yurii P. Sharkeev. Materials. 14(18), 5365 (2021). Crossref
9.
N. Yusupova, K. Krylova, R. Mulyukov. Lett. Mater. 11(4), 382 (2021). Crossref
10.
H. Xue, X. Yu, X. Zhou, F. Tang, X. Li, Y. Wu, J. Ren, X. Lu. Mod. Phys. Lett. B. 36(02) (2022). Crossref
11.
X. Zhou, X.Y. Li, K. Lu. Scripta Materialia. 187, 345 (2020). Crossref
12.
Aygul A. Mukhametgalina, Mariya A. Murzinova, Ayrat A. Nazarov, Asiya A. Samigullina, M. Janecek, J. Str�sk�, K. Bartha, J. C�ek. Met. Mater. Int. 28(5), 1257 (2022). Crossref
13.
H. Fu, X. Zhou, H. Xue, X. Li, K. Lu. Materials Today. 55, 66 (2022). Crossref
14.
P.-C. Zhao, B. Guan, Y.-G. Tong, R.-Z. Wang, X. Li, X.-C. Zhang, S.-T. Tu. Journal of Materials Science & Technology. 109, 54 (2022). Crossref
15.
V. V. Popov, E. V. Osinnikov, R. M. Falakhutdinov. Phys. Metals Metallogr. 123(8), 825 (2022). Crossref
16.
Denis A. Aksenov, Ayrat A. Nazarov, Georgiy I. Raab, Arseniy G. Raab, Elvira I. Fakhretdinova, Rashid N. Asfandiyarov, Maria A. Shishkunova, Yulia R. Sementeeva. Materials. 15(20), 7200 (2022). Crossref
17.
Christopher A. Schuh, K. Lu. MRS Bulletin. 46(3), 225 (2021). Crossref
18.
Ayrat A. Nazarov, Dmitry V. Bachurin, Z. Ni. Metals. 12(12), 2033 (2022). Crossref
19.
Aleksandr M. Glezer, Roman V. Sundeev, Anna V. Shalimova, Leonid S. Metlov. Phys. Usp. 66(01), 32 (2023). Crossref
20.
E. V. Osinnikov, I.V. Blinov, A.Yu. Istomina, V.V. Popov. MMPh. 14(3), 79 (2022). Crossref
21.
Ayrat A. Nazarov, Mariya A. Murzinova, Aygul A. Mukhametgalina, Elvina R. Shayakhmetova. Metals. 13(2), 344 (2023). Crossref
22.
H. Miyamoto. Mater. Trans. (2023). Crossref
23.
Aleksandr M. Glezer, Roman V. Sundeev, Anna V. Shalimova, Leonid S. Metlov. Успехи физических наук. 193(01), 33 (2023). Crossref
24.
X. Yue, F. Wang, F. Yin, L. Hua, J. Wang. Surface and Coatings Technology. 482, 130725 (2024). Crossref
25.
K. Edalati, Anwar Q. Ahmed, S. Akrami, K. Ameyama, V. Aptukov, Rashid N. Asfandiyarov, M. Ashida, V. Astanin, A. Bachmaier, V. Beloshenko, Elena V. Bobruk, K. Bryła, J. Cabrera, Amanda P. Carvalho, Nguyen Q. Chinh, I. Choi, R. Chulist, Jorge M. Cubero-Sesin, G. Davdian, M. Demirtas, S. Divinski, K. Durst, J. Dvorak, P. Edalati, S. Emura, Nariman A. Enikeev, G. Faraji, Roberto B. Figueiredo, R. Floriano, M. Fouladvind, D. Fruchart, M. Fuji, H. Fujiwara, M. Gajdics, D. Gheorghe, Ł. Gondek, Joaquín E. González-Hernández, A. Gornakova, T. Grosdidier, J. Gubicza, D. Gunderov, L. He, O. Higuera, S. Hirosawa, A. Hohenwarter, Z. Horita, J. Horky, Y. Huang, J. Huot, Y. Ikoma, T. Ishihara, Y. Ivanisenko, J. Jang, Alberto M. Jorge, M. Kawabata-Ota, M. Kawasaki, T. Khelfa, J. Kobayashi, L. Kommel, A. Korneva, P. Kral, N. Kudriashova, S. Kuramoto, Terence G. Langdon, D. Lee, Valery I. Levitas, C. Li, H. Li, Y. Li, Z. Li, H. Lin, K. Liss, Y. Liu, D. Cardona, K. Matsuda, A. Mazilkin, Y. Mine, H. Miyamoto, S. Moon, M. Müller, J. Muñoz, Maxim Yu. Murashkin, M. Naeem, M. Novelli, D. Olasz, R. Pippan, Vladimir V. Popov, Elena N. Popova, G. Purcek, P. de Rango, O. Renk, D. Retraint, &. Révész, V. Roche, P. Rodriguez-Calvillo, L. Romero-Resendiz, X. Sauvage, T. Sawaguchi, H. Sena, H. Shahmir, X. Shi, V. Sklenicka, W. Skrotzki, N. Skryabina, F. Staab, B. Straumal, Z. Sun, M. Szczerba, Y. Takizawa, Y. Tang, Ruslan Z. Valiev, A. Vozniak, A. Voznyak, B. Wang, J. Wang, G. Wilde, F. Zhang, M. Zhang, P. Zhang, J. Zhou, X. Zhu, Yuntian T. Zhu. Journal of Alloys and Compounds. , 174667 (2024). Crossref
26.
N. Liang, Y. Zhao. Journal of Alloys and Compounds. 938, 168528 (2023). Crossref
27.
D.V. Bachurin, R.T. Murzaev, A.A. Nazarov. Ultrasonics. 117, 106555 (2021). Crossref

Другие статьи на эту тему