Фізико-хімічні основи зміцнення поверхні легких конструкційних сплавів ультразвуковою ударною обробкою за кріогенних температур

Одержані принципово нові наукові знання щодо фізико-матеріалознавчих основ та закономірностей зміцнення поверхневих шарів легких конструкційних сплавів шляхом ультразвукової ударної обробки (УЗУО) за кріогенних температур. Ці закономірності обумовлюються пригніченням процесів динамічного повернення та динамічної рекристалізації, а також ефекту анігіляції дислокацій під дією фактору глибокого охолодження. Доведено можливість формування нітридних сполук в приповерхневих шарах за рахунок явища механодинамічної дифузії атомів азоту із зовнішнього середовища в процесі кріодеформації. Відмінною рисою отриманих результатів від вітчизняних та зарубіжних аналогів є поверхнева обробка матеріалу за кріогенних температур в умовах гідростатичного стиснення замість добре відомих методів кріодеформації всього об’єму матеріалу. Подрібнення вихідної структури до наномасштабного рівня, а також перебіг механохімічних реакцій під дією УЗУО за кріогенних температур порівняно з традиційною методикою УЗУО надає можливість зміцнення поверхні до ~500 %, збільшення товщини модифікованого шару до ~250 мкм, (на повітрі до ~100 мкм), зменшення шорсткості поверхні в 2,5 рази, підвищення зносо- та корозійної стійкості, втомної довговічності до ~3 разів, зменшення тривалості процесів модифікації поверхні матеріалу до декількох хвилин. Зокрема, максимальні значення мікротвердості поверхні сталі 12Х18Н10Т (HV = 5-5,66 ГПа) отримані після кріогенної УЗУО тривалістю 150 с, що обумовлено формуванням максимальної об’ємної частки α'-мартенситу (53%) порівняно із обробкою на повітрі (9%), нанорозмірами зерен α'-мартенситу (24 нм) та аустеніту (45 нм) і наявністю нанодвійників (60-120 нм). Крім низької енергії дефектів пакування (~30 мДж/м2), це обумовлено високою швидкістю деформації (~103) та кріогенними температурами (77 К)). Значення параметру Зінера-Холомона за умов УЗУО в рідкому азоті складає 26, тоді як за кімнатної температури на повітрі та в аргоні – 15 і 17, відповідно.