1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 6, 2023

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

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.

Ключевые слова: пластинчатая структура, упругая анизотропия, остаточные напряжения, упругая энергия, кубические кристаллы

Список литературы

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. Епишин А.И., Лисовенко Д.С. Экстремальные значения коэффициента Пуассона кубических кристаллов // ЖТФ. 2016. Т. 86. № 10. С. 74–82.

  8. 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

  9. 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.

  10. 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

  11. Glatzel U. Microstructure and internal strains of undeformed and creep deformed samples of a nickel-base superalloy. Berlin.: Verlag Dr. Köster, 1994. 80 p.

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий, М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. 296 с.

  21. 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.

  22. 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

  23. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977. 416 с.

  24. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов, М.: Мир, 1970. 443 с.

  25. Голдстейн Г. Классическая механика. М.: Гостехиздат, 1957. 408 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал