Важнейшие научные результаты и публикации

Важнейшие научные результаты

1. Установлено, что характерной чертой микроструктуры большого класса полученных с участием больших пластических деформаций объемных субмикро- и нанокристаллических металлических материалов, а также синтезированных методами магнетронного и вакуумно-дугового напыления сверхтвердых нанокомпозитных покрытий являются высокодефектные структурные состояния с высокими значениями ротора кривизны кристаллической решетки и высокой плотностью границ с переменными векторами разориентации. Предложена модель этих состояний как состояний с высокой континуальной плотностью дисклинаций в объеме и на границах субмикро- и нанокристаллов. Указанная модель, совместно со специальными методами электронно-микроскопического анализа параметров континуальной плотности дефектов, является эффективным инструментом исследования упруго-напряженного состояния на субмикронном или нано-масштабном уровне, недоступном методам рентгеноструктурного анализа; количественной оценки локальных напряжений в окрестности неравновесных границ зерен; выявления градиентов (моментов) напряжений в локальных микрообъемах, не превышающих характерных размеров субмикро- и нанозерен; анализа физических и механических свойств объемных наноструктурных металлических материалов и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий.
2. Показано, что важными особенностями мезоуровня деформации, в том числе при формировании и пластической деформации объемных наноструктурных металлических материалов, являются высокий уровень локальных напряжений и их градиентов (σ_loc ~ Е/30 and σ_loc/r ~ Е/10 mm^-1) и активизация (в условиях низкой дислокационной активности) кооперативных механизмов деформации и переориентации кристалла. Среди них:
   • коллективная релаксации структурных состояний с континуальной плотностью дефектов в плоские скопления частичных дисклинаций или дислокации Сомилианы;
   • квазивязкий механизм переориентации потоками неравновесных точечных дефектов в полях высоких локальных градиентов напряжений;
   • квазиволновое распространение фронта локализации деформации путем последовательных актов формирования и релаксации мезо-концентраторов напряжений;
   • динамическая микрорекристаллизация;
   • механическое двойникование.
3. Развиты представления о новой (недислокационной) моде деформации и переориентации кристаллической решетки -локальных обратимых (прямых плюс обратных) структурных превращениях мартенситного типа с осуществлением обратных превращений по альтернативным системам; о новых носителях такой деформации - микрообъемах неравновесных фазово-структурных состояний с высокой составляющей однородной деформации превращения Бейновского типа и о важной роли нормальных (диагональных) компонент тензора напряжений в зонах деформации. С привлечением этих представлений удается, во-первых, выяснить природу и описать закономерности механического двойникования и асимметрии механического поведения в монокристаллах сплавов на основе никелида титана; во-вторых, объяснить необычные особенности переориентации кристаллической решетки в полосах локализации деформации аустенитных сталей и ванадиевых сплавов; в-третьих, понять причины сверхвысокой технологической пластичности этих материалов.
   
4. Разработана атомная модель образования частичных и полных дислокаций и двойников деформации в ГЦК кристаллах путем прямого плюс обратного (ГЦК®ОЦК®ГЦК) мартенситного превращения, локализованного в двух или нескольких соседних плоскостях скольжения. В рамках этой модели дано физическое обоснование закономерностей и механизмов дислокационной пластичности и механического двойникования в наноструктурных металлических материалах.
   
5. Установлены взаимосвязи дефектной субструктуры с прочностными свойствами сверхтвердых нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N и Ti-Si-Al-N с высоким содержанием кислорода и углерода. Найдены условия формирования нанокристаллической, двухуровневой (субмикро- плюс нано-кристаллической) и аморфно-кристаллической структуры этих покрытий с высокой (до Т = 1273 К) термической стабильностью сверхтвердости Hm = (40-50) ГПа. Сделано заключение, что высокие прочностные свойства покрытий обусловлены наличием дислокационной субструктуры и высоким сопротивлением сдвигу аморфных фаз по границам нанокристаллов.
   
6. Разработаны способы наноструктурирования гетерофазной структуры и режимы термомеханической и химико-термической обработки малоактивируемых ванадиевых сплавов, обеспечивающие 1.5-кратное повышение их прочности при одновременном повышении низкотемпературной пластичности. Сформулированы рекомендации по разработке новых технологий повышения жаропрочности и радиационной стойкости этих сплавов

Патенты

1. Патент на изобретение №2360012 С1 RU МПК C21D 8/00 (2006.01). "Способ термомеханической обработки сплавов на основе ванадия" Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П., Дитенберг И.А., Овчинников С.В., Литовченко И.Ю., Чернов В.М., Потапенко М.М., Крюкова Л.М., Дробышев В.А. ГОУ ВПО «Томский государственный университет» (RU), НИУ Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (RU), ФГУП ВНИИ неорганических материалов им. А.А. Бочвара (RU) - № 2007136404/02. Заявл. 01.10.2007. Опубл. 27.06.2009 Бюл. № 18.
2. Патент на изобретение №2445400 С1 RU МПК C22F 1/18 (2006/01) C21D 8/00 (2006.01) "Способ обработки сплавов на основе ванадия системы V-4Ti-4Cr" / Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П., Дитенберг И.А., Овчинников С.В., Литовченко И.Ю., Гриняев К.В., Чернов В.М., Потапенко М.М., Дробышев В.А. ГОУ ВПО «Томский государственный университет» (RU), - № 2010133459/02. Заявл. 09.08.2010. Опубл. 20.03.2012 Бюл. № 8.
3. Патент на изобретение №2463377 С1 RU МПК C22F 1/18 (2006.01). «Способ химико-термической обработки ванадиевых сплавов легированных хромом и титаном» / Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Чернов В.М., Потапенко М.М. и др. ГОУ ВПО «Томский государственный университет» (RU), Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (RU), ОАО Высокотехнологический НИИ неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара (RU). - № 2011117823/02. Заявл. 03.05.2011 г. Опубл. 10.10.2012. Бюл. № 2- № 2010133459/01. Заявл. 09.08.2010 г. Опубл. 20.03.2012 Бюл. № 8.8.

Важнейшие публикации

1. Коротаев А.Д., Тюменцев А.Н., Пинжин Ю.П. Активация и характерные типы дефектных субструктур мезоуровня пластического течения высокопрочных материалов. // Физическая мезомеханика. - 1998. - Т. 1. - С. 23 - 35.
2. Tyumentsev A.N., Pinzhin Yu.P., Korotaev A.D. et. al. Evolution of the defect substructure of metal alloys on the microscale and mesoscale levels under severe plastic deformation. The defect substructures and local internal stresses inherent in mesolevel plastic flows.- Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2001, 35, p.p. 155-161, 163-169.
3. Тюменцев А.Н., Литовченко И.Ю., Пинжин Ю.П. и др. Новый механизм локализации деформации в аустенитных сталях. I. Модель неравновесных фазовых (мартенситных) превращений в полях высоких локальных напряжений // Физика металлов и металловедение, 2003, том 95, № 2. С. 86-95.
4. Tyumentsev A.N., Surikova N.S., Litovchenko I.Yu., Pinzhin Yu.P., Korotaev A.D., Lysenko O.V. Mechanism for the deformation and crystal lattice reorientation in the strain localization bands and deformation twins of the B2 phase of titanium nickelide // Acta Materialia. - 2004. - V. 52. - P. 2067-2074.
5. Korotaev A.D., Tyumentsev A.N., Pinzhin Yu.P., Remnev G.E. Features of the morphology, defect substructure, and phase state of metal and alloy surfaces upon high-power ion beam irradiation // Surface and Coating Technology. - 2004. - V. 185. P. 38-49.
6. Tyumentsev A.N., Korotaev A.D., Pinzhin Yu.P., Ditenberg I.A., Litovchenko S.V., Shuba Ya.V., Shevchenko N.V., Drobishev V.A., Potapenko M.M., Chernov V.M. Effect of the modes of thermomechanical treatment on the formation of the heterophase and grain structure of V-4Ti-4Cr alloys // Journal of Nuclear Materials. - 329-333 (2004), p. 429-433.
7. Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П., Литовченко И.Ю., Сурикова Н.С. Механизмы локализации деформации и механического двойникования в условиях фазовой нестабильности кристалла в полях напряжений // Известия вузов. Физика. - 2004. - № 8. - С. 28-48.
8. Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П. Высокодефектные структурные состояния, поля локальных внутренних напряжений и кооперативные механизмы мезоуровня деформации и переориентации кристалла в наноструктурных металлических материалах // Физическая мезомеханика. - 2004. - Т. 7. - № 4. - С. 35-54.
9. Тюменцев А.Н., Литовченко И.Ю., Пинжин Ю.П., Шевченко Н.В. Атомные модели образования дислокаций и механического двойникования в ГЦК- кристаллах. // Доклады РАН - 2005 - Т. 403 - №5 - С. 623-626.
10. Тюменцев А.Н., Пинжин Ю.П., Овчинников С.В., Коротаев А.Д., Чернов В.М., Потапенко М.М. Микроструктура и механические свойства внутреннеокисленных ванадиевых сплавов. I. Закономерности формирования и термическая стабильность микроструктуры. II. Механические свойства, особенности пластической деформации и разрушения. // Перспективные материалы. - 2005 - № 5 - С. 5-30.
11. Сурикова Н.С. Тюменцев А. Н., Лысенко О.В. Асимметрия предела текучести в [001] монокристаллах никелида титана // Физика металлов и металловедение. - 2007. - Т. 104. - № 5. - С. 525-533.
12. Тюменцев А.Н., Сурикова Н.С., Лысенко О.В., Литовченко И.Ю. Закономерности и механизмы механического двойникования в сплавах на основе никелида титана // Физическая мезомеханика. - 2007. - Т. 10. - № 3. - С. 53-66.
13. Коротаев А.Д., Тюменцев А.Н., , Пинжин Ю.П., Овчинников С.В. Структурно-фазовые и упруго-напряженные состояния нанокомпозитных сверхтвердых покрытий, полученных при различных режимах ионно-плазменного синтеза. // Глава в коллективной монографии: Инженерия поверхности. Формирование неравновесных состояний в поверхностных слоях материалов методами электронно-ионно-плазменных технологий. - Отв. редактор С.Г. Псахье; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т физики прочности и материаловедения [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 340 с.
14. Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П., Дитенберг И.А., Литовченко И.Ю., Овчинников С.В. Формирование наночастиц в условиях газонасыщения и ионной имплантации металлических материалов. Эволюция микроструктуры и механизмы формирования субмикро- и наноструктурных состояний при пластической деформации металлических сплавов. // Главы в коллективной монографии: «Синтез и свойства нанокристаллических и субструктурных материалов». - Отв. редактор профессор А.Д. Коротаев. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007. -368 с.
15. Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П. Высокодефектные структурные состояния, поля локальных внутренних напряжений и механизмы деформации и переориентации кристалла в наноструктурных металлических материалах // Глава в коллективной монографии: Поверхностные слои и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах. - Отв. редактор академик В.Е. Панин; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т физики прочности и материаловедения [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 520 с. - (Интеграционные проекты СО РАН; Вып. 8).
16. Шевяко Н.А., Астафурова Е.Г., Тюменцев А.Н., Леоньтева-Смирнова М.В, Чернов В.М. Влияние термической обработки на структуру и фазовый состав жаропрочной стали ЭК-181 // Известия ВУЗов. Физика. – 2009. № 12/2. – С. 137-141.
17. Гриняев К.В., Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Чернов В.М. Влияние режимов многократного всесторонненго прессования на микроструктуру и механические свойства сплава системы V-4%Ti-4%Cr // Перспективные материалы Специальный выпуск. - 2009 - №7. - С. 89-93.
18. Литовченко И.Ю., Шевченко Н.В., Тюменцев А.Н., Корзников А.В. Механизмы формирования дефектной структуры и наноструктурных состояний в аустенитной стали при больших пластических деформациях прокаткой и кручением под давлением // Перспективные материалы, Специальный выпуск (7), июнь, 2009, С. 185-188.
19. Шевченко Н.В., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Корзников А.В. Особенности мартенситных превращений при больших пластических деформациях аустенитной стали // Перспективные материалы, Специальный выпуск (7), июнь, 2009, С. 378-382.
20. Захожева М.И., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н. Исследование дефектной структуры и фазового состава метастабильной аустенитной стали при больших пластических деформациях прокаткой // Известия вузов. Физика. – 2010. – Т. 53. – №11/3. – С. 97-100.
21. Литовченко И. Ю., Тюменцев А. Н., Шевченко Н. В., Корзников А. В. Эволюция структурно_фазовых состояний при больших пластических деформациях аустенитной стали 17Cr–14Ni–2Mo // Физика металлов и металловедение 2011, Т. 112, № 4, С. 436-448.
22. Литовченко И. Ю., Тюменцев А. Н., Захожева М.И. Особенности дефектной структуры и фазовых превращений в процессе больших пластических деформаций прокаткой метастабильной аустенитной стали // Перспективные материалы. 2011. Спец. вып. №12. С. 290-294.
23. Тюменцев А.Н., Чернов В.М., Леонтьева-Смирнова М.В., Астафурова Е.Г., Шевяко Н.А., Литовченко И.Ю.. Особенности микроструктуры ферритно-мартенситной (12 %Cr) стали ЭК-181 после термообработок по разным режимам // Журнал технической физики. – 2012. – т. 82. – Вып. 1. – С. 52-58
24. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Корзников А.В. Особенности неравновесных дефектных субструктур и поля локальных внутренних напряжений в наноструктурных состояниях, полученных методами интенсивной пластической деформации. // Перспективные материалы. – 2009. – № 7. – С. 315.
25. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А. Структурные состояния с высокой кривизной кристаллической решетки в субмикрокристаллических и нанокристаллических металлических материалах // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2011. – Т. 54. – № 9. – С. 26-36.
26. Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Корзников А.В., Винс С.А. Закономерности формирования нанокристаллических и субмикрокристаллических структурных состояний в сплавах на основе V и Mo-Re при разных условиях интенсивной пластической деформации // Перспективные материалы. – 2009. – № 7. – С. 103.
27. Винс С.А., Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Корзников А.В. Эволюция микроструктуры и механических свойств сплава системы Mo - 47 % Re в зависимости от степени деформации при кручении под давлением // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2009. – Т. 52. – № 12-2. – С. 31-36.
28. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А. Нанодиполи частичных дисклинации как носители квазивязкой моды деформации и формирования нанокристаллических структур при интенсивной пластической деформации металлов и сплавов // Физическая мезомеханика. – 2011. – Т. 14. – № 3. – С. 55-68.
29. Корзникова Е.А., Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н. Особенности микроструктуры и механизмы формирования субмикросталлического состояния в никеле после больших пластических деформаций кручением под давлением // Деформация и разрушение материалов. – 2010. – № 11. – С. 8-13.
30. Tyumentsev A.N., Ditenberg I.A., Grinyaev K.V., Chernov V.M., Potapenko M.M. Multi-directional forge molding as a promising method of enhancement of mechanical properties of V-4Ti-4Cr alloys // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Т. 413. – № 2. – С. 103-106.
31. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Корчагин М.А. Исследование влияния интенсивного механического воздействия на параметры микроструктуры механокомпозитов состава 3Ti + Al // Физика металлов и металловедение. – – 2011. – Т. 111. – № 2. – С. 195-202.
32. Коротаев А.Д., Борисов Д.П., Мошков В.Ю., Овчинников С.В., Пинжин Ю.П., Тюменцев А.Н. Упругонапряженное состояние многоэлементных сверхтвердых покрытий // Физическая мезомеханика. – 2009. – № 4. – С. 79-92.
33. Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Захожева М.И. Особенности дефектной структуры и фазовых превращений в процессе больших пластических деформаций прокаткой метастабильной аустенитной стали // Перспективные материалы. – 2011. – № 12. – С. 290-294.