Физика/2. Физика твердого тела

К.ф.-м.н. Белянушкин А.В., к.ф.-м.н.Тихонова Н.П., инж. Никашкин А.И.

Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева, Россия

Влияние температуры нагрева металлической жидкости перед кристаллизацией на пластичность сплавов в твердом состоянии

Одним из условий проявления эффекта сверхпластичности (СП) в литых сплавах системы кадмий-свинец [1] является способность наследования сиботаксического строения их расплавов межзеренными прослойками. На основе данного положения можно объяснить появление трех максимумов пластичности на кривой концентрационной зависимости пластичности δ(С) литых сплавов при температуре 200⁰С.

Проведенные авторами [2] исследования пластичности предварительно прокатанных образцов (методика эксперимента та же, что и в работе [3]) показали, что предварительная прокатка не приводит к изменению вида кривой δ(С). При сохранении положения максимумов пластичности на оси концентраций, лишь усиливаются проявления СП состояния. Это может означать, что оно уже заложено в литых сплавах в межзеренных прослойках ввиду их доминирующего значения [4] при СП деформации.

Если изменение температуры расплава мы будем воспринимать как воздействие на материал, то существование такого, до пластического его формоизменения, воздействия на вещество, осуществляемое через другое и (или) из другого агрегатного состояния, следует считать, как показывают приведенные экспериментальные результаты, аргументом в пользу того, что различные агрегатные состояния вещества в проявлении своих свойств нельзя рассматривать изолированно друг от друга.

Воздействие на материал в жидком состоянии неизбежно сказывается на его свойствах уже в другом агрегатном (твердом) состоянии, т.е. материал, в частности, реагируя на силовое (механическое) поле, в своём отклике на него, «учитывает», «принимает во внимание» воздействие на его расплавленное состояние. Такую зависимость между свойствами твердого и жидкого состояний можно рассматривать как своего рода «генетическую память», о которой мы говорим как о факторе отражающем особенности строения расплава к моменту начала его кристаллизации и действующем на характер проявления формирующихся механических свойств материала.

Приведены экспериментальные результаты влияния температуры расплава перед кристаллизацией на пластичность в твердом состоянии. Исследования проводились на литых сплавах системы кадмий-свинец при температуре деформирования 200⁰С до разрыва одноосным растяжением. Кристаллизация осуществлялась с трех температур 500, 400 и 300⁰С.

Результаты исследования пластичности литых сплавов, закристаллизованных из расплавов, нагретых до 500⁰С, (рис.1, кривая 1) показывают, что кривая концентрационной зависимости пластичности δ(С) имеет три максимума пластичности, расположенных в областях составов с примерным соотношением разнородных атомов кадмия и свинца 2:1; 1:1; 1:2, т.е. Cd₂Pb; CdPb; CdPb₂ соответственно. Пластичность хоть и невелика, но на максимумах (90-120%) её величина позволяет говорить о сверхпластическом (СП) состоянии у сплавов данных составов. С понижением температуры нагрева расплава перед кристаллизацией до 400⁰С (рис.1, кривая 2) вид кривой δ(С) не меняется, но величина пластичности на выявленных максимумах растет, хотя и в неодинаковой степени.

При дальнейшем снижении потолка нагрева расплава до 300⁰С (рис.1, кривая 3) пластичность растет ещё больше, а у первого максимума (сплав состава Cd₂Pb) растет почти скачком – более чем в два раза. При этом положение максимумов пластичности на оси концентраций не смещается.

Таким образом, эксперименты свидетельствуют, что изменение температуры расплава перед кристаллизацией влияет на пластические свойства материала в твердом состоянии, т.е. существует прямая связь между пластичностью и температурным воздействием на расплав или, другими словами, на механические свойства образцов действует фактор, который отражает некоторые особенности строения расплава к моменту начала его кристаллизации. И чем ближе температура расплава к температуре плавления, тем большую роль начинает играть этот фактор.

Следует сказать, что этот фактор (или факторы) оказывает наибольшее влияние на сплавы сильно локализованные по составу, из чего можно сделать два предположения: или данный фактор (особенности строения расплава) воспринимаются только сплавами строго определенного состава, что исходя из общепринятого взгляда на структуру и свойства двухфазных сплавов бинарных эвтектических систем[5], маловероятно, или данный фактор(или факторы) в наибольшей степени присущ именно тем расплавам, сплавы из которых после кристаллизации и дают всплеск показателя пластичности на кривой δ(С). Из этого следует, что надликвидусная часть диаграммы состояния системы кадмий-свинец представляет собой отнюдь не однородное расплавленное поле, а пространство, где существуют какие-то концентрационные структурные особенности, наследственно передающиеся твердому состоянию.

Литература

1. Белянушкин А.В., Мальцева Г.К. Эффект сверхпластичности в сплавах Cd-Pb и свойства их расплавов. Изв. РАН. Металлы. 1996. № 5. c.169-172.

2. Белянушкин А.В., ТихоноваН.П., Никашкин А.И. Аморфизация мантии зерен при сверхпластической деформации. Материалы VII-ой Международной научно-практической конференции «Ключевые вопросы в современной науке 2011»-(17-25 апреля 2011 г. София, Болгария). Том 36. Математика. Физика., София. «БялГРАД-БГ» ООД. с.74-77.

3.Мальцева Г.К., Белянушкин А.В. Эффект сверхпластичности в системе Сd-Pb. Изв.АН СССР. Металлы.1988. № 5. с.134-137.

4. Жиляев А.П., Пшеничнюк А.И. Сверхпластичность и границы зерен в ультрамелкозернистых материалах.- М.: Физматлит, 2008.- 320с.

5. Котрелл А.Х. Строение металлов и сплавов. Пер с англ. – М.: Металлургиздат, 1959. – 288 с.