к. ф.-м. н. Білюк А.І.¹, Ходак В.Й.², Клімов І.І.¹, Вітюк Г.В.¹

¹Вінницький державний педагогічний університет ім. М.Коцюбинського, Україна

²Вінніцкій національний технічний університет, Україна

ВПЛИВ ТЕРМОЦИКЛЮВАННЯ НА ДИСЛОКАЦІЙНУ СТРУКТУРУ І МІКРОДВЕРДІСТЬ СИСТЕМ Al - Cu - Zn

В даній роботі досліджувались алюмінієві сплави Al-4% Cu, Al-1% Zn-4% Cu та Al-4% Cu-3% Zn. Термоциклювання (ТЦО) проводилося в інтервалі температур 510↔10 ⁰С із швидкістю нагрівання і охолодження 50 °С ·с^-1. Внутрішнє тертя (ВТ) вимірювали на низькочастотному (~1Гц) приладі типу оберненого крутильного маятника [2]. Мікротвердість вимірювалась на приладі ПМТ – 3.

Характеристики структури, які розраховані за даними експериментів та методики [1-3] приведені в таблицях. Щільність дислокацій L, довжину дислокаційного сегмента L_n було визначено з експериментальних даних амплітудних залежностей АЗВТ за формулами [2,3].

Оскільки розрахунки параметрів дислокаційної структури, які зроблені на основі теорії ГЛ, відповідають результатам експерименту при деформаціях g_кр.1<g<g_кр.2 , то на основі теорії ГЛ авторами [3] пропонується опис АЗВТ в усіх областях методом регресивного аналізу. Експериментальна залежність добре описується формулою: де d_і обчислюються на основі теорії ГЛ [1,2] за формулою:

(1)

де C₁ і C₂ - коефіцієнти, які визначають із даних АЗВТ в координатах ГЛ (ln(Q^-1×g×p)-g^-1) або за допомогою методу регресивного аналізу.

За допомогою цього методу розв’язується система лінійних рівнянь виду:

	(2)
	(3)

розв’язок якої дає коефіцієнти С₁ і С₂.

Розрахунок констант C₁ та C₂ згідно виразів (1-3) краще всього проводити на ЕОМ. Це дає можливість виключити випадкові експериментальні значення, провівши перед початком обчислень згладжування експериментальних даних по методу парабол (по семи точках) та уникнути громіздкості обрахунків.

Отримавши значення для C₁ і C₂ та використавши вирази для C₁ та C₂ згідно теорії ГЛ [1,2] маємо можливість обрахувати параметри L_c і L_n між слабкими і сильними точками закріплень, об’ємну щільність дислокацій L₁, концентрації точкових дефектів на дислокації c_д, а також енергію зв’язку дислокації з атомами та дефект модуля.

В табл.1. порівняно результати розрахунків для зразка Al-4% Cu методами [1,2] і [3]. Причому останні добре корелюють з експериментальними даними. Розбіжність між ними не перевищує 3-5%.

Таблиця 1

Параметри дислокаційної структури, розраховані методиками [2] і [3]*

N	Ln×10^6, м		Lc×10^8, м			L×10^-12, м^-2			cД
ТЦО	А, В	ГЛ	А	В	ГЛ	А	В	ГЛ	А	В	ГЛ
0 5 10 25 50	2.3 2.3 1.9 1.2 1.7	5.2 2.4 1.9 2.0 0.95	11 12 11 8 9.3	1.3 1.4 1.2 0.87 0.9	10.7 12.6 11.2 7.5 6.5	55 40 55 60 62	7.9 4.7 9.5 19.0 14.0	19.3 12.6 47.0 39.0 63.0	20 19 18 15 19	180 170 150 130 200	48 19 17 27 15

Примітки*: 1. А (g_кр.1<g<g_кр.2), В (g>g_кр.2) - розрахунок параметрів дислокаційної структури проводився по методиці [3]; 2. ГЛ (g_кр.1<g<g_кр.2), - по методиці [2].

Отримані результати свідчать, що при ТЦО максимальне значення L і мінімальне L_n досягається в процесі перших 15-20 ТЦО. Зменшення L_n обумовлене осіданням на дислокаціях домішок, їх комплексів і дисперсних фаз (табл.1,2).

Таблиця 2

Параметри субструктури, АЗВТ, мікротвердості, приросту мікротвердості DHm і показника Майєра від кількості ТЦО для сплавів Al-Cu-Zn

Сплав	Термо-обробка	Виміряна величина	0 ТЦО	5 ТЦО	10 ТЦО	20 ТЦО	40 ТЦО	60 ТЦО
Al-4%Cu-1%Zn	ТЦО	L×10^-12, м^-2 Ln×10^6, м tgQ Hm, МПа DHm, МПа n	5.02 5.22 0.66 123 - 2.09	7.1 3.56 0.36 131 10 2.02	12.2 2.84 0.26 291 65 1.97	16.3 2.78 0.26 322 96 1.92	24.5 2.96 0.46 297 69 1.87	21.3 3.14 0.58 276 50 1.85
Al-4%Cu-3%Zn	ТЦО	gкр.2×10^5 tgQ L×10^-12, м^-2 Ln×10^6, м	6.9 0.72 5.22 5.48	7.2 0.33 8.59 2.44	10.4 0.29 15.7 1.43	13.6 0.26 18.6 2.02	14.1 0.23 28.0 2.44	13.4 0.32 23.6 2.38
		Hm, МПа DHm, МПа n	185 - 2.04	204 21 1.97	565 168 1.92	761 360 1.84	691 292 1.80	626 227 1.73

Підтвердженням (див. табл. 2) зміцнення матеріалів при ТЦО є зміна критичної амплітуди деформації g_кр.2, тангенса кута нахилу фону АЗВТ, мікротвердості Hm, коефіцієнта n_m в рівнянні Майєра, та приросту ΔHm. Оскільки мінімальне значення tgQ і максимальне g_кр.2 , Hm та ΔHm відповідає збільшенню величини межі пружності матеріалу, а зменшення показника Майєра, який є мірою легкості ковзання, свідчить про утруднення мікропластичної деформації матеріалу.

Таким чином вимірювання амплітудних залежностей ВТ і мікротвердості на різних етапах субструктурного зміцнення металів дозволяє виявити загальні закономірності формування, стабілізації і розпаду сіток полігональних меж, стан яких безпосередньо визначає рівень і стабільність високотемпературних властивостей матеріалу.

Література:

1. Granato A.V., Lucke K. // J. Appl. Phys. – 1981. –V.52. -№12. –P.7136-7142.

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

3. Зузяк П. М., Билюк А. И., Федорчук И. И. Контроль дислокационной структуры материала методом регрессионного анализа. // Материалы 7-й Российской научно-технической конференции "Демпфирующие материалы''. -Киров. -1994.