К.ф-м.н.Билюк А.И.,ст.Климов
И.И.,ст.Стачук Н.Л.
Винницкий государственный педагогический университет им.
М.Коцюбинского
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ
ДИСПЕРСИОННО - ТВЕРДЕЮЩИХ СПЛАВОВ
Пластичность,
прочность и демпфирующие характеристики материалов в значительной степени
обусловлены дислокационной структурой. Дислокации в кристаллах под действием
внешних полей (механических нагрузок, температуры, облучения и др.)
взаимодействуют друг с другом и образуют различные пространственные
конфигурации. Плотность дислокаций и характер их размещения в кристалле
определяют его физико-механические свойства. Поэтому предлагается на основании
знания физической природы и кинетики превращений [1], целенаправленно управлять
структурными и фазовыми превращениями в дисперсионно-твердеющих сплавах (ДТС)
путем выбора научно обоснованных режимов их термоциклической обработки (ТЦО).
В работе
были оценены параметры дислокационной структуры и амплитудной зависимости
внутреннего трения (АЗВТ) [1,2,3,4] в дисперсионно-твердеющих сплавах Аl-4% Cu, Аl-4%Cи-6% Zn и бериллиевой бронзе
БрБ2. При выборе материалов учитывали то, что в этих сплавах можно достичь
дополнительного упрочнения за счет создания субструктуры и ее стабилизации
путем выделения дисперсной фазы.
Для создания
в исследуемых материалах развитой субструктуры термоциклирование проводилось в
интервале температур (373 ↔ 283) K (алюминиевые сплавы) и (573 - 283) К
(бронза) со скоростью нагрева и охлаждения 10-50K ∙ с-1. Поле
внешних напряжений растяжения (ПВН) составляло (0,2 - 0,6) σ0.2.
АЗВТ измеряли на низкочастотном (~ 1с-1) приборе типа обратного
крутильного маятника [5].
На рисунке 1
приведены результаты АЗВТ после 20 ТЦО (кривая 1) и 20 ТЦО в ПВН (кривая 2) для
сплава Al-4% Cu-6% Zn (для других сплавов графики аналогичные).
Рис.1 АЗВТ сплава Al-4%
Cu-6% Zn после 20 ТЦО (1) и 20 ТЦО в ПВН (2)
Исследования
показывают, что после ТЦО в ПВН кривые
Значение
второй критической амплитуды деформации γкр.2 после 20 ТЦО в ПВН,
которая характеризует процесс размножения и движения дислокаций в твердом
растворе по механизму Франка-Рида [7], больше в 1.20-1.63 раза, чем после 20
циклов обычного ТЦО (см. табл . 1).
Характерным
для субструктурного укрепление является интенсивный рост плотности дислокаций L, блокируются примесями
при дисперсионном твердении. При эквивалентных количествах термоциклов
плотность дислокаций в условиях ТЦО в ПВН растет интенсивнее, чем при обычном термоциклированни (табл. 1).
Дислокационная
структура в процессе термоциклирования сопровождается резким уменьшением длины
дислокационных сегментов между точками закрепления на дислокационных линиях
(Ln) и между узлами дислокационной сетки (Lc). Такие данные получены из
результатов измерения амплитудной зависимости ВТ с последующей их обработкой
согласно моделей [3, 4, 8] (табл.1).
Такое
поведение параметров Lc и Ln после ТЦО в ПВН свидетельствуют о значительном измельчении
дислокационной сетки. Такое структурное состояние металлов характеризуется
высокой энергоемкостью и их способностью более равномерно распределять внешние
напряжения по всему объему материалов или технических конструкций из них. Характер
изменения параметров субструктуры и АЗВТ указывает на увеличение границы
упругости материала [10, 11].
Таким
образом, измерение амплитудных зависимостей ВТ на различных этапах
субструктурного упрочнение металлов позволяет выявить общие закономерности
формирования, стабилизации и распада сеток полигональных границ, состояние
которых непосредственно определяет уровень и стабильность высокотемпературных
свойств материалов, что свидетельствует о перспективности такого упрочнения
металлов, сплавов и готовых деталей или механических конструкций из них.
Таблица
1
Параметры субструктуры и
АЗВТ от количества ТЦО и ТЦО в ПВН для сплавов Al-Cu, Al-Cu-Zn, БрБ2.
|
Сплав |
Термо- обработка |
Измеренная величина |
0 ТЦО |
5 ТЦО |
10 ТЦО |
20 ТЦО |
40 ТЦО |
60 ТЦО |
|
Al-wt. 4%Cu |
ТЦО в ПВН |
|
6.8 0.71 5.20 5.50 |
7.1 0.32 8.58 2.46 |
10.3 0.28 15.6 1.45 |
13.5 0.25 18.5 2.03 |
14.0 0.22 28.05 2.46 |
13.3 0.31 23.5 2.40 |
|
ТЦО |
|
6.8 0.70 5.02 5.04 |
7.0 0.39 7.80 3.65 |
10.0 0.38 8.55 3.50 |
12.3 0.37 13.50 2.65 |
14.0 0.39 17.50 2.20 |
13.6 0.40 16.0 3.10 |
|
|
Al-wt. 4%Cu- wt.6%Zn |
ТЦО в ПВН |
|
6.2 1.10 4.08 |
7.5 0.92 5.71 |
11.2 0.63 8.95 |
12.8 0.28 13.6 |
13.3 0.23 18.2 |
13.0 0.25 17,8 |
|
ТЦО |
|
6.0 1.09 4.08 |
7.4 0.95 5.60 |
8.8 0.73 9.05 |
9.3 0.41 12.3 |
10.1 0.33 16.1 |
10.0 0.30 15.8 |
|
|
БрБ2 |
ТЦО в ПВН |
|
14 0.39 1.30 |
26 0.52 2.20 |
36 0.32 5.40 |
54 0.24 15.0 |
50 0.21 56.0 |
48 0.19 64.0 |
|
ТЦО |
|
14 0.39 1.30 |
20 0.43 2.00 |
33 0.29 4.45 |
45 0.26 13.50 |
46 0.23 44.25 |
44 0.20 51.30 |
ЛИТЕРАТУРА:
1. Билюк
А.И., Зузяк П.М., Бунтарь О.Г. Эволюция структуры дисперсионно-твердеющих
сплавов после термоциклювання под нагрузкой, / / Вестник Винницкого
политехнического института. - 1997. - № 3. - С. 110-115
2. Koher J.S. / / Imperfections in Nearly Perfect
Crystals / / Ed. By W. Shockly et. al. Wiley., New York, 1952. -P. 197-212.
3. Granato A.V., Lucke K. / / J. Appl. Phys.,
1956.-V.27 .- № 6-P.583-593.
4. Granato A.V., Lucke K. / / J. Appl. Phys., 1981.-V.52 .- № 12-P.7136-7142.
5.
Механическая спектроскопия металлических материалов / Блантер М.С., Головин
И.С., Головин С.А. и др. - М.: МИА, 1994 .- 256с.
6. Федюкин
В.К., Смагоринский М.Э. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин.
-Л: Мишиностроение, 1989 - 280с.
7. Белоус
Н.В., Браун М.П. Физика металлов. -К.: Высшая школа, 1986.-343с.
8. Сварц
Дж., Виртман Дж. / / Ультразвуковые методы исследования дислокаций. -М.: ИЛ,
1963. -С.58.
9. Зузяк
П.М., Билюк А.И., Федорчук И.И. Контроль дислокационной структуры материала
методом регрессионного анализа. / / Материалы 7 Российской научно-технической
конференции "Демпфирующие материалы". -Киров. -1994 - С.142.
10. Дударев
П.П., Каплун Ю.Н. Старение бериллиевой бронзы в условиях программного
нагружения / / МиТом - 1987. - № 1. -С.48-50.
11.
Пастухова Ж.П., Рахштадт Л.Б. Пружинные сплавы цветных металлов. -М.:
Машиностроение, 1984. -286с.