Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
  Лаборатория физики структурных пре...

Лаборатория физики структурных превращений

Руководитель

Дитенберг Иван Александрович

Доктор физико-математических наук
Email: ditenberg_i@mail.ru
Тел.: (382-2) 53-15-69

Краткая историческая справка о подразделении

Лаборатория физики структурных превращений создана приказом директора ИФПМ СО РАН, ректора ТГУ и директора СФТИ ТГУ 1 сентября 1998 г. как межведомственная лаборатория, которая объединяет сотрудников лабораторий ИФПМ СО РАН, СФТИ ТГУ» и кафедры физики металлов физического факультета ТГУ.

В лаборатории, помимо фундаментальных исследований, ведется подготовка (по многоуровневой системе - бакалавр, дипломированный специалист, магистрант, аспирант) специалистов высшей квалификации в области физики конденсированного состояния.

Области исследований, направления фундаментальных исследований

Феноменология, характерные типы дефектных субструктур, структурные механизмы и физические модели пластической деформации материалов на разных (нано, микро, мезо) структурных уровнях.

Фундаментальные закономерности, физико-математические и структурные модели формирования и функциональные свойства нанокристаллических частиц, материалов и покрытий.

Задачи, решаемые в рамках этих направлений

1. Атомные механизмы деформации и переориентации кристаллической решетки в условиях фазовой нестабильности кристалла в полях интенсивных внешних воздействий.

2. Особенности неравновесной микроструктуры и механические свойства наноструктурных металлических материалов, получаемых методами интенсивной пластической деформации.

3. Разработка и исследование нового класса нанокомпозитных сверхтвердых  покрытий, полученных методами магнетронного и вакуумно-дугового синтеза.

4. Физическое обоснование и разработка новых методов  повышения эксплуатационных свойств ферритно-мартенситных сталей и малоактивируемых ванадиевых сплавов как конструкционных материалов для новых поколений ядерных реакторов деления и синтеза.

Состав подразделения
Общая численность 6 человек, в том числе:
- 2 доктора наук,
- 1 кандидат наук,

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 и нано-масштабном уровнях.

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 (sлок ~ Е/30 и ¶sлок/¶r ~ Е/10 мкм-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;

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.

Разработки

Новые методы наноструктурирования гетерофазной структуры и режимы термической, термомеханической и химико-термической обработки аустенитных, ферритно-мартенситных сталей и малоактивируемых ванадиевых сплавов, обеспечивающие значительное повышение их высокотемпературной прочности при сохранении удовлетворительного запаса низкотемпературной пластичности.  Сформулированы рекомендации по разработке новых сплавов и технологических методов повышения их служебных свойств в активных зонах ядерных и термоядерных реакторов.

Проекты, гранты, договора

1. Грант РФФИ № 12-03-00488-а "Разработка новых методов повышения жаропрочности и радиационной стойкости ферритно-мартенситных сталей для ядерных реакторов новых поколений" 2012 - 2014 г.г. (рук. Тюменцев А.Н.).

2. Х/д № 320-22 по теме "Исследование структурно-фазовых состояний ферритно-мартенситных сталей типа ЭК181 и ЧС139 и сплавов ванадия типа V-Ti-Cr-М (М = W, Zr, C) до облучения и разработка методов улучшения их функциональных свойств" 2013 г. (рук. Тюменцев А.Н.).

3. Грант РФФИ №13-08-00502 а. «Исследование закономерностей модификации микроструктуры в зонах деформации и разрушения многоэлементных монослойных и градиентно-слоистых наноструктурированных покрытий, полученных методом ионно-ассистированного магнетронного распыления»., 2013 ‑ 2014 гг., Руководитель проекта Овчинников С.В.

4. Грант РФФИ № 13-02-98020 р_сибирь_а "Разработка новых многоэлементных покрытий с наноразмерными частицами кристаллической фазы на основе аморфного углерода, исследование их микроструктуры, функциональных свойств и использования в технике", 2013-2015, руководитель Коротаев А.Д.

5. Х/д № 559-14/320-17 по теме "Исследования влияния режимов ТМО и ХТО на микроструктуру и свойства ферритно-мартенситных сталей и сплавов ванадия для улучшения их функциональных свойств" 2014 г. (рук. Тюменцев А.Н.).

6. Х/д № 2807/320-4 по теме "Исследования закономерностей и механизмов формирования микроструктуры и механических свойств ферритно-мартенситных сталей и сплавов ванадия в зависимости от режимов их ТМО (ХТО) и испытаний" 2015 г. (рук. Тюменцев А.Н.).

7. Грант РФФИ № 15-08-07416-а «Исследование закономерностей формирования субмикрокристаллических состояний в аустенитных сталях в условиях прямых и обратных деформационных мартенситных превращений», 2015-2017 гг., руководитель Литовченко И.Ю.

8. Проект РФФИ, №16-08-926-а «Влияние легирования водородом на механизмы деформации и разрушения аустенитных хромоникелевых сталей с ультрамелкозернистой структурой» (рук. Е.Г. Астафурова).

9. Проект РНФ №17-19-01197 «Научные основы управления микромеханизмами пластичности и разрушения однофазных и гетерофазных высокоазотистых хромомарганцевых аустенитных сталей» 2017-2019 гг. (рук. Е.Г. Астафурова).

10. Грант РНФ № 17-19-01374 «Неравновесные структурные состояния наномасштабного уровня и закономерности их эволюции при пластической деформации металлических материалов». 2017-2019 гг. (рук. Тюменцев А.Н.).

Важнейшие публикации

1. A. N. Tyumentsev, N. S. Surikova, I. Yu. Litovchenko, Yu. P. Pinzhin, A. D. Korotaev, O. V. Lysenko 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. DOI: 10.1016/j.actamat.2004.01.001.

2. A. D. Korotaev, A. N. Tyumentsev, Yu. P. Pinzhin, and G. E. Remnev. 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. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2003.11.021.

3. Tyumentsev, A.N., Ditenberg, L.A. Nanodipoles of partial disclinations as quasi-ductile strain carriers responsible for nanocrystalline structure formation in metals and alloys under severe plastic deformation // Physical Mesomechanics. Volume 14, Issue 5-6, September 2011, Pages 249-260. DOI: 10.1016/j.physme.2011.12.004.

4. Filimonov V.Yu., Korchagin M.A., Ditenberg I.A., Tyumentsev A.N., Lyakhov N.Z. High temperature synthesis of single-phase Ti3Al intermetallic compound in mechanically activated powder mixture // Powder Technology. - 2013. - 235. - P. 606-613. DOI: 10.1016/j.powtec.2012.11.022.

5. Tyumentsev, A.N., Ditenberg, I.A., Korotaev, A.D., Denisov K.I. Lattice curvature evolution in metal materials on meso- and nanostructural scales of plastic deformation // Physical Mesomechanics. Volume 16, Issue 4, 2013, Pages 319-334. DOI: 10.1134/S1029959913040061.

6. Korotaev, A.D., Borisov, D.P., Moshkov, V.Y., Ovchinnikov, S.V., Tyumentsev, A.N., Pribytkov, G.A. Peculiarities of structural phase and elastic stress states of superhard TiN-based nanocomposite coatings // Physical Mesomechanics. Volume 16, Issue 1, 2013, Pages 73-83. DOI: 10.1134/S1029959913010086.

7. Polekhina N.A., Litovchenko I.Yu., Tyumentsev A. N., Astafurova E.G., Сhernov V. M., Leontieva-Smirnova M. V. The effect of tempering temperature on the features of phase transformations of the ferritic-martensitic steel EK-181 // Journal of nuclear materials. - 2014. - V. 455 - P. 496-499. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2014.08.012.

8. Litovchenko I.Yu., Polekhina N.A., Tyumentsev A. N., Astafurova E.G, Сhernov V. M., Leontieva-Smirnova M. V. The effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of heat-resistant ferritic-martensitic steel EK-181 // Journal of nuclear materials. - 2014. - V. 455 - P. 665-668. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2014.08.056.

9. Tyumentsev A. N., Litovchenko I. Yu. Models of Dislocation Formation and Mechanical Twinning by Local Reversible Martensitic Transformations in FCC Nanocrystals // Advanced Materials Research Vol. 1013 (2014) pp 234-241. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1013.234.

10. Chernov V.M., Potapenko M.M., Drobyshev V.A., Kravtsova M.V., Tyumentsev A.N., Ovchinnikov S.V., Ditenberg I.A., Pinzhin Yu.P., Korotaev A.D., Smirnov I.V., Grinyaev K.V. Microstructure and mechanical properties of V-Me(Cr,W)-Zr alloys as a function of their chemical-thermal treatment // Nuclear Materials and Energy. - 2015. - V. 3-4. - P. 17 - 21. DOI: 10.1016/j.nme.2015.04.001.

11. Tyumentsev, A.N., Ditenberg, I.A. Nanodipoles of partial disclinations in the region of localized elastic distortions // Physical Mesomechanics. Volume 18, Issue 2, 29 April 2015, Pages 158-162. DOI: 10.1134/S1029959915020083.

12. Grinyaev, K.V., Smirnov, I.V., Ditenberg, I.A., Tyumentsev, A.N., Radishevskii, V.L., Gavrilin, A.N., Korznikov, A.V., Chernov, V.M. Formation of nanostructured state in an internally oxidized vanadium alloy under severe plastic deformation // Russian Physics Journal. - 2017. - V. 59. - № 12. - P. 2094-2100. DOI: 10.1007/s11182-017-1019-5.

13. Elena Astafurova, Galina Maier, Eugene Melnikov, Eugene Naydenkin, Aleksander Smirnov, Vladimir Bataev, Pavel Odessky, Sergey Dobatkin, and Hans J. Maier. The Influence of the Thermomechanical Processing Regime on the Structural Evolution of Mo-Nb-Ti-V Microalloyed Steel Subjected to High-Pressure Torsion // Metallurgical and Materials Transactions A 48A (2017) 3400-3409. DOI: 10.1007/s11661-017-4085-y.

14. E.G. Astafurova, V.A. Moskvina, G.G. Maier, E.V. Melnikov, G.N. Zakharov, S.V. Astafurov, H.J. Maier. Hydrogen-enhanced orientation dependence of stress relaxation and strain-ageing in Hadfield steel single crystals // Scripta Materialia 136 (2017) 101-105. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.04.028.

15. S.F. Gnyusov, V.P. Rotshtein, A.E. Mayer, E.G. Astafurova, V.V. Rostov, A.V. Gunin, G.G. Maier. Comparative study of shock-wave hardening and substructure evolution of 304L and Hadfield steels irradiated with a nanosecond relativistic high-current electron beam // Journal of Alloys and Compounds 714 (2017) 232-244. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.04.219.

Список патентов

1. 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. Способ термомеханической обработки сплавов на основе ванадия // Патент на изобретение №2360012 С1 RU МПК C21D 8/00 (2006.01) / 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. 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. Способ обработки сплавов на основе ванадия системы V-4Ti-4Cr // Патент на изобретение №2445400 С1 RU МПК C22F 1/18 (2006/01) C21D 8/00 (2006.01) / ГОУ ВПО «Томский государственный университет» (RU) - № 2010133459/02. Заявл. 09.08.2010. Опубл. 20.03.2012. Бюл. № 8.

3. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Овчинников С.В., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П., Литовченко И.Ю., Чернов В.М., Потапенко М.М., Дробышев В.А. Способ химико-термической обработки ванадиевых сплавов легированных хромом и титаном // Патент на изобретение №: 2463377 С1 RU МПК C22F 1/18 (2006/01) C21D 8/10 (2006.01) / ГОУ ВПО «Томский государственный университет» (RU), Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (RU), ОАО «ВНИИНМ» им. академика А.А. Бочвара (RU) - № 2011117823/02. Заявл. 03.05.2011. Опубл. 10.10.2012. Бюл. № 28.

4. Борисов Д.П., Коротаев А.Д., Кузнецов В.М., Чулков Е. В. Устройство для создания однородно-распределенной газовой плазмы в больших вакуумных объемах  технологических установок // Патент на полезную модель №116733 И1 RU ПМК Н05Н1/00 (2006.01) / ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU) - № 2011144344/07. Заявл. 01.11.2011. Опубл. 27.05.2012.Бюл. №18.

5. Борисов Д.П., Коротаев А.Д., Кузнецов В.М., Чулков Е.В., Терехов П.А., Романов В.Я., Кузнецов А.В. Устройство вакуумной откачки вакуумных камер технологических вакуумно-плазменных установок // Патент на полезную модель №122654 И1 RU ПМК С23С14/24 (2006/01) / ООО «Градиент» (RU), ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU) - № 2012121224/02. Заявл. 23.05.2012. Опубл. 10.12.2012 г. Бюл. №34.

6. Дитенберг И.А., Денисов К.И., Тюменцев А.Н., Корчагин М.А., Корзников А.В. Способ получения многослойного композита на основе ниобия и алюминия с использованием комбинированной механической обработки // Патент на изобретение №2521945 С1 RU МПК B22F 3/02 (2006.01) C22C 1/04 (2006.01) B22F 1/00 (2006.01) / ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU) - № 2013118888/02. Заявл. 23.04.2013. Опубл. 10.07.2014. Бюл. № 9.

7. Дитенберг И.А., Денисов К.И., Тюменцев А.Н., Корчагин М.А., Корзников А.В. Способ получения многослойного композита на основе меди и алюминия с использованием комбинированной механической обработки // Патент на изобретение № 2539496 С1 RU МПК B22F3/02 (2006.01), C22C1/04 (2006.01) B32B15/20 (2006.01) / ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU) - 2014100787/02. Заявл. 10.01.2014. Опубл. 20.01.2015. Бюл. № 2.

8. Дитенберг И.А., Денисов К.И., Тюменцев А.Н., Корчагин М.А., Корзников А.В. Способ получения многослойного композита на основе никеля и алюминия с использованием комбинированной механической обработки // Патент на изобретение № 2554834 С1 RU МПК B22F 3/02 (2006.01), C22C 1/04 (2006.01), B32B 15/20 (2006.01). / ФГБОУ ВПО "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (RU) - № 2014100777/02, Заявл. 10.01.2014. Опубл. 27.06.2015. Бюл. № 18.

9. Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Смирнов И.В., Гриняев К.В., Пинжин Ю.П., Коротаев А.Д., Чернов В.М., Потапенко М.М., Дробышев В.А. Комбинированный способ обработки сплавов ванадия // Патент на изобретение № 2605015 С1 RU МПК С22F 1/18 (2006.01), C22C 27/02 (2006.01) / НИ ТГУ, ИФПМ СО РАН, ОАО «ВНИИНМ» - № 2015126926/02, Заявл. 07.07.2015. Опубл. 20.12.2016 Бюл. № 35.

10. Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Аккузин С.А., Полехина Н.А. Способ термомеханической обработки метастабильной аустенитной стали // Патент на изобретение № 2598744 C21D8/00 (2006.01), C21D6/04 (2006.01), C21D6/00 (2006.01), C21D7/13 (2006.01). //ФГАОУВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU), ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (RU), Заявка: 2015124796/02, 24.06.2015. Опубликован 27.09.2016. Бюл. № 27.

11. Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Смирнов И.В., Гриняев К.В., Чернов В.М. Способ получения заготовок сплавов ванадия // Патент на изобретение № 2623848 С2 RU МПК С22F 1/18 (2006.01) / НИ ТГУ, ИФПМ СО РАН, ОАО «ВНИИНМ» - № 2015149656, Заявл.19.11.2015. Опубл. 29.06.2017. Бюл. № 19.

12. Дитенберг И.А., Корчагин М.А., Тюменцев А.Н., Пинжин Ю.П., Гриняев К.В. Способ получения квазисферических частиц титана // Патент на изобретение № 2641428 С1 RU МПК B22F 1/00 (2006.01), B22F 9/04 (2006.01), C22B 34/12 (2006.01) / ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU) - 2016145269. Заявл. 18.11.2016. Опубл. 17.01.2018. Бюл. № 2.

13. Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Смирнов И.В., Гриняев К.В., Чернов В.М. Способ обработки заготовок ванадиевых сплавов// Патент на изобретение № 2644832 С1 RU МПК C22F 1/18 (2006/01) / ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (RU) - 2016149864. Заявл. 20.12.2016. Опубл. 14.02.2018. Бюл. № 5.

14. Литовченко И.Ю., Аккузин С.А., Полехина Н.А., Тюменцев А.Н. Способ повышения прочности стабильной аустенитной стали // Патент на изобретение №2641429 С1 RU, МПК C21D 6/00 (2006.01); C21D 6/04 (2006.01); C21D 8/00 (2006.01). / ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет». - 2016146183. Заявл. 25.11.2016. Опубл. 17.01.18. Бюл. № 2.

Ресурсы

Научные исследования и подготовка специалистов проводятся с использованием экспериментальной Томского материаловедческого центра коллективного пользования научным оборудованием (ТГУ, ИФПМ СО РАН), оснащенного современными образцами структурно-аналитического оборудования: просвечивающими и растровыми электронными микроскопами последних модификаций, рентгеновскими установками, современными приборами для элементного анализа, исследования механических свойств и др.

Связь с вузами

1. Дитенберг И.А. - заведующий кафедрой физики металлов ФФ ТГУ
Курсы лекций:
Нанофазные и аморфные материалы
Электронная микроскопия.
Член диссертационного совета НИ ТГУ.1.3.01 (НИ ТГУ.01.04).

2. Коротаев А.Д. - профессор кафедры физики металлов ФФ ТГУ.
Курсы лекций:
Теория дислокаций.
Физика лучевой модификации поверхности.
Член диссертационного совета НИ ТГУ.1.3.01 (НИ ТГУ.01.04).

3. Пинжин Ю.П. - доцент кафедры физики металлов ФФ ТГУ.
Лекции и практические занятия:
Электронная микроскопия.
Аналитические методы растровой электронной микроскопии.
Физическое материаловедение.

4. Смирнов И.В. - ассистент кафедры физики металлов ФФ ТГУ.
Практические занятия:
Рентгеноструктурный анализ
Физическое материаловедение

Общественное признание

Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Пинжин Ю.П., Гриняев К.В., Смирнов И.В.

Премия Томской области в сфере образования, науки, здравоохранения и культуры по номинации «Премии научным и научно-педагогическим коллективам» (2020 г.)

Назад