Известия РАН. Механика твердого тела, 2023, № 6, стр. 136-154
АНИЗОТРОПИЯ ЭНЕРГИИ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ПЛАСТИНЧАТЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ
Д. С. Лисовенко a, *, А. И. Епишин b, **
a Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Москва, Россия
b Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
Черноголовка, Россия
* E-mail: lisovenk@ipmnet.ru
** E-mail: a.epishin2021@gmail.com
Поступила в редакцию 26.06.2023
После доработки 03.07.2023
Принята к публикации 07.07.2023
- EDN: BNGLGT
- DOI: 10.31857/S0572329923600524
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Аннотация
Получено аналитическое решение для остаточных напряжений и их энергии в упруго анизотропной двухкомпонентной пластинчатой структуре, где компоненты имеют идентичный тип упругой анизотропии, одинаковые или пропорциональные упругие константы и совпадающие главные оси упругой анизотропии. Полученное решение применено для анализа анизотропии упругой энергии таких кристаллических структур как рафт-структура γ/γ' монокристаллических никелевых жаропрочных сплавов, многослойных эрозионностойких нанопокрытий ZrN/CrN и однослойных покрытий различного типа. Показано, что фактор минимизации упругой энергии остаточных напряжений оказывает существенное влияние на кристаллографическую ориентацию интерфейса в многослойных структурах и направление оси ростовой текстуры покрытий.
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Список литературы
Tabatabaeian A., Ghasemi A.R., Shokrieh M.M. et al. Residual stress in engineering materials: A review // Adv. Eng. Mater. 2022. V. 24. № 3. P. 2100786. https://doi.org/10.1002/adem.202100786
Wang X., Zurob H.S., Xu G. et al. Influence of microstructural length scale on the strength and annealing behavior of pearlite, bainite, and martensite // Metall. Mater. Trans. A. 2013. V. 44. P. 1454–1461. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1501-1
Appel F., Clemens H., Fischer F. Modeling concepts for intermetallic titanium aluminides. Prog. Mater. Sci. 2016. V. 81. P. 55–124. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.01.001
Svetlov I.L., Kuzmina N.A., Neiman A.V. et al. Effect of the rate of solidification on the microstructure, phase composition, and strength of Nb/Nb5Si3 in-situ composites // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2015. V. 79. P. 1146–1150. https://doi.org/10.3103/S1062873815090245
Muboyadzhyan S.A., Aleksandrov D.A., Gorlov D.S. Ion-plasma erosion-resistant nanocoatings based on metal carbides and nitrides // Russ. Metall. 2010. V. 2010. P. 790–799. https://doi.org/10.1134/S0036029510090077
Epishin A., Link T., Bruckner U., Portella P.D. Evolution of the γ/γ'-microstructure during high temperature creep of a nickel-base superalloy // Acta Mater. 2000. V. 48. P. 4169–4177. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00197-X
Епишин А.И., Лисовенко Д.С. Экстремальные значения коэффициента Пуассона кубических кристаллов // ЖТФ. 2016. Т. 86. № 10. С. 74–82.
Harris K., Erickson G.L., Sikkenga S.L. et al. Development of the rhenium containing superalloys CMSX-4 & CM 186 LC for single crystal blade and directionally solidified vane applications in advanced turbine engines // Superalloys. 1992. Warrendale, PA: TMS. P. 297–306. https://doi.org/10.7449/1992/Superalloys_1992_297_306
Epishin A., Link T., Brückner U. Microstructural stability of CMSX-4 and CMSX-10 under high temperature creep conditions. Materials for Advanced Power Engineering, FZ Jülich, 2006, P. 507–520.
Epishin A., Fedelich B., Finn M., Künecke G., Rehmer B., Nolze G., Leistner C., Petrushin N., Svetlov I. Investigation of elastic properties of the single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 in the temperature interval between room temperature and 1300°C // Crystals. 2021. V. 11. P. 152. https://doi.org/10.3390/cryst11020152
Glatzel U. Microstructure and internal strains of undeformed and creep deformed samples of a nickel-base superalloy. Berlin.: Verlag Dr. Köster, 1994. 80 p.
Chen X.-J., Struzhkin V.V., Wu Z. et al. Hard superconducting nitrides // PNAS USA. 2005. V. 102. № 9. P. 3198–3201. https://doi.org/10.1073/pnas.0500174102
Antonov V., Iordanova I. First principles study of crystallographic structure and elastic properties of chromium // AIP Conf. Proc. 2010. V. 1203. P. 1149–1154. https://doi.org/10.1063/1.3322328
Samim P.M., Fattah-alhosseini A., Elmkhah H., Imantalab O. Nanoscale architecture of ZrN/CrN coatings: microstructure, composition, mechanical properties and electrochemical behavior // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 15. P. 542–560. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.08.018
McKenzie D.R., Yin Y., McFall W.D., Hoang N.H. The orientation dependence of elastic strain energy in cubic crystals and its application to the preferred orientation in titanium nitride thin films // J. Phys.: Condens. Matter. 1996. V. 8. P. 5883–5890. https://doi.org/10.1088/0953-8984/8/32/008
Betsofen S.Y., Ashmarin A.A., Petrov L.M., Grushin I.A., Lebedev M.A. Effect of the ion-plasma process parameters on the texture and properties of TiN and ZrN coatings // Russ. Metall. 2021. V. 2021. P. 1238–1244. https://doi.org/10.1134/S0036029521100037
Second and higher order elastic constants // Ed. by D.F. Nelson. Springer, 1992. V. 29a of Landolt-Börnstein – Group III Condensed Matter. https://doi.org/10.1007/b44185
Kim J.O., Achenbach J.D., Mirkarimi P.B. et al. Elastic constants of single crystal transition metal nitride films measured by line focus acoustic microscopy // J. Appl. Phys. 1992. V. 72. P. 1805–1811. https://doi.org/10.1063/1.351651
Sampath S., Herman H. Rapid solidification and microstructure development during plasma spray deposition // J. Therm. Spray Technol. 1996. V. 5. P. 445–456. https://doi.org/10.1007/BF02645275
Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий, М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. 296 с.
Гончаров О.Ю., Ильин И.А., Титоров Д.Б., Титорова Д.В. Текстуры покрытий молибдена, тантала и борида гафния, полученных химическим газофазным осаждением // Перспективные материалы. 2008. № 4. С. 69–73.
Kirchlechner C., Martinschitz K.J., Daniel R. et al. Residual stresses and thermal fatigue in CrN hard coatings characterized by high-temperature synchrotron X-ray diffraction // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 8. P. 2090–2096. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.08.011
Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977. 416 с.
Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов, М.: Мир, 1970. 443 с.
Голдстейн Г. Классическая механика. М.: Гостехиздат, 1957. 408 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Известия РАН. Механика твердого тела