Билюк А.И., Ткач Е.А.

ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ НА ТЕМПЕРАТУРНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ ВНУТРЕНЕГО ТРЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Температурную зависимость внутреннего трения (ТЗВТ) сплава Al-2% Cu-7% Zn определяли на установке типа обратного крутильного маятника [1,2] , а термоциклирование проводили в интервале температур 490-20 ^оС.

Характер изменений субструктурних ефектов при температуре ~490К, 580К и 630К [2,3] и на рисунках 1; 2.

Рис.1. ТЗВТ (1) Al-2% Cu-7% Zn после 0 ТЦО и ТЗМС (2)

Рис.2.ТЗВТ Al-2% Cu-7% Zn после 15 ТЦО (1) и ТЗМС f² (2).

После отжига при 400^оС на протяжении 30 мин. И охлаждении в печи (рис. 1) на температурной зависимости внутреннего трения (ТЗВТ) и модуля сдвига (ТЗМС) (квадрата частоты) никаких эффектов не наблюдалось.
Только в районе температур 483 К и 620 К наблюдаются небольшие перегибы на ТЗВТ. Квадрат частоты уменьшается от 0,75с^-2 до 0,65с^-2. Первые термоциклы (см. рис.2) создают повышенную концентрацию дефектов кристаллического строения, а нагревание образца ведет к перераспределению их в малоуглдовые границы и проявлению субструктурних эффектов на ТЗВТ при температурах~ 490К, 580К и 630К (см.рис.2).

Проявление первых двух пиков свидетельствует об интенсивном процесе полигонизации в результате перераспределения дислокаций в стенки и дифундирувания точечных дефектов в стенках. Из анализа ТЗВТ после ТЦО следует, что субструктурные эффекты сначала увеличиваются до 15 ТЦО с последующим их уменьшением (табл.). Уменьшение первых двух пиков связывается с осадкой примесных атомов на дислокационных стенках, которые стабилизируют субструктуру. При этом внутренние дислокации становятся более подвижными и эффективно рассеивают упругую энергию. Это сопровождает увеличение третьего пика (см. рис.2, табл.). Увеличение плотности дислокаций при ТЦО дает возможность преобразования малоугловых границ в большеугловые границы зерен.

Происходит частичное измельчения зерна о чем свидетельствует увеличение четвертого (зернограничного) пика (рис. 2). Следующее увеличение количества термоциклив вызывает накопление дефектов в новых зернах и начало формирования новой, более тонкой субструктур.

Эти эффекты имеют дебаевську форму, поскольку смещаются с увеличением частоты колебаний f в сторону более высоких температур
[1]. Время релаксации t, согласно закону Аррениуса, зависит от температуры

(1)

где t_o - период колебаний атомов, который не зависит от температуры.
Если ВТ обусловлено релаксационным процессом, время релаксации которого t_p такой, что

(2)

T_o -период собственных колебаний, то ВТ определяется соотношением:

(3)

Значение q определяется из уравнения:

(4)

Таблица
Параметры релаксационных эффектов.

№	T	f^2 ·10²		ω^2o	H	t
ТЦО	K	10^2,С^-2	10^4	C^-2	^кДж/моль	10^-13, с
0 ТЦО	483 573 620	27,6 27,222 25,633	18,3 22,4 33,6	10.88 10.73 10.08	- - -	- - -
5 ТЦО	658 573 488	28,4 28,8 27,6	30,6 40,05 34,0	11.20 11.35 10.88	150 141 123	0.125645-0.125648 0.132882-0.132886 0.127991-0.127995
15 ТЦО	495 570 630	30,7 29,9 28,8	40,0 52,5 40,9	12.10 11.79 11.35	128 145 158	0.165308-0.165312 0.163297-0.163301 0.164242-0.164246
30 ТЦО	500 591 640	29,5 28,8 27,8	33,0 49,0 42,0	11.63 11.35 10.96	126 143 152	0.1281-0.1285 0.1393-0.1401 0.1389-0.1415

Решая уравнение (3) и (4) на ЭВМ относительно t_p получим время релаксации процесса, который обуславливает данный эффект и энергию активации процесса (см.табл.).

На ТЗМС (рис. 2) также проявляется эффект в этом интервале температур, а модуль сдвига увеличился. Эти данные свидетельствуют об

укреплении материала с повышением количества термоциклов. При достижении количества термоциклов до 50 ТЗВТ и ТЗМС повторяют исходное состояние материала.

Литература:

1. Механическая спектроскопия металлических материалов / Блантер М.С., Головин И.С., Головин С.А., и др. - М.: МИА, 1994. -256с.

2. Билюк А.И. Влияние термоциклювання под нагрузкой на структурные изменения дисперсионные-твердеющих алюминиевых сплавов / / Металлофизика и новейшие технологии. - 1997. - Т.19. - № 6. - С. 78-80.

3. Зузяк П.М. Поглощение упругой энергии в метастабильных металлических системах // Автореферат диссертации доктора физико-математических наук. / Институт металлофизики. – Киев, 1988. – 46 c.