автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Механизмы микропластичности, дислокационной неупругости и упрочнения твердых растворов ОЦК и ГПУ металлов с низким пределом растворимости

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

КАНУИШОВА ИРИНА ЮРЬЕВНА

УДК 669. 01в.б

МЕХАНИЗМЫ Ш1КР0ПЛА0ТИЧН0СТИ, ДИСЛОКАЦИОННОЙ НЕУПРУГОСТИ И УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ОЦК И ГПУ МЕТАЛЛОВ С НИЗКИМ ПРЕДЕЛОМ РАСТВОРИМОСТИ

. Специальность 05.16.01. - Металловедение и термическая

обработка металлов 01.04.07. - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор физико-математических наук

профессор Д.М.Левин

Тула - 19уЗ

FaCcïa выполнена в Тульском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор физико-математических' наук, профессор Д.М.Левин

' Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор М.С.Блантер кандидат технических наук, н.с. А.М.Коноплев

Ведущее предприятие - ЦНИИ черной мет£..:лургия.

Защита состоится "¿6 " оку^рД 1993 г. в /4* часов в 9 учебном корпусе ТГТУ, ауд. ICI на заседании специализированного Совета К 063.47.02 в Тульском государственном техническом университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 9й.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

специализированного Совета, у

кандидат технических наук, доцент И. АЛ'ончаренко

- 31. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие техники предъявляет все более высокие требования к механическим свойствам конструкционных металлов и сплавов. В связи с этим, одними из вахшх задач физического материаловедения в настоящее время являются: (1) создание металлов и сплавов с заданным комплексом прочностных и пластических свойств; (2) разработка методов прогнозирования изменения этих свойств в процессе эксплуатации .

Диапазон рабочих нагрузок для элементов конструкции и деталей .машин обычно не превышает предела текучести и соответствует области микропластических дейсрмашй. Масштабы накопления микредеф-рмации под действием рабочих нагрузок определяют размерную стабильность и эксплуатационную долговечность изделий. Большинство конструкционных металлов и ^пла-вов представляют собой твердые раствори, технологические и эксплуатационные свойства которых определяются особенностями взаимодействия дислокаций с атомами примеси и.рельефом кристаллической решетки. Эти два вида взаимодействия, в свою счередь, зависят от температуры, амплитуды и частоты нагру-жения, концентрации атомов примеси в твердом растворе, характеристик решетки металла-основы и т.д. Для твердых растворов, кристаллическая рекетка которых характеризуется высокими энергетическими барьерами и, одновременно, низким пределом растворимости, исследования физических механизмов микропластичности и твердорастворно! о упрочнения, закономерностей формирования рагновееных дислокационных атмосфер имеют важное значение. Особый интерес представляет изучение роли конкурентной:сегрегации примесных атомов-металлечдов(углерод, бер и др.) в формировании дислокационной структуры и свойств конструкционных металлов в упруго-пластической области нагрукения.

Исследованные в диссертации твердые растесрм па основе молибдена, . железа и бериллия являются базовыми для большой группы промышленных конструкционных материалов. Жесткие условия эксплуатации, а также повишенп0 требованш"! к технологическим свойствам зтих сплагов усиливают актуальность исследований в'этом направлении. • • .

Цель работы заключалась в установлении физических механизмов формирования дислокационной структуры на стадии микропластичности и закономерностей ее влияния на упрочнение 'насыщенных ОЦК и ГПУ твердых растворов .с низким пределом растворимости.

¿втор защищает:

- температурно-силовую гарту механизмов дислокационной неупругости в высокочистом конденсате бериллия;

- методику определения истинных значений микроскопического предела текучести предварительно микродеформированных материалов; . .

- математическую модель формирования микроскопического предела текучести в ходе нагружений кристаллических твердых тел в упругоиластичеекой"области;

- закономерности и последовательность этапов формирования равновесных дислокационных атмосфер в системе Мо-С;

- влияние микродобавок бора на.микропластичность, дислокационную неупругость и■;упрочнение железоуглеродистых сплавов;

- механизм' низкотемпературной пластичности и численные значения энергетических, сиЛовых параметров барьеров Пайерл-са твердых растворов Ре-С И Мо-С. ■

Научная новизна: ; . '

- получены числовые значения энергетических и силовых параметров барьеров Пайёрлса в области дейстйия механизмов низкотемпературной пластичности в твердых растворах Мо-С и Ре-С; .

- построена тедаературпо-с иловая. карта областей действия механизмов дислокационной ««упругости в высокочистом конденсате бериллия;.

- установлена зависимость, микроскопического предела текучести от величины предварительной мйкродеформации,.предложена матема.тическай -модель формирования предела' микрртеку-чести в ходе нагруяения кристаллических твердых тел в упру-' го-пластической области и на ее основе разработана- методика определения истинных значений микроскопического предел? текучести материалов;

- устанодлмш - закономерности И последовательность этапов Формирования' р-лгновесных дислокационных атмосфер в ' сис--

теме Мо-С;

Практическая ценность работы._Установленные закономерности и данные о механизмах и гемпературно-силовых диапазонах развития дислокационной.неупругости и микропластичноети сплавов 1П основе бериллия использованы в ОКТР ИПМ АН Украины при разработке техпроцесса получения вакуумплотных берил-лиевых фольг и определении путей повышения их эксплуатационных характеристик.

Полученные значения силовых и энергетических параметров закрепления дислокаций атомами внедрения в сплавах на основе железа, молибдена и бериллия, установленная последовательность этапов формирования равновесных примесных атмосфер на дислокациях в сплавах Мо-С по мере повышения концентрации атомов углерода, а также данные о влиянии микродобавок бора на микропластичность, дислокационную неупругость и упрочнение железоуглеродистых сплавов важны как для развития новых представлений о механизмах твердораетворного упрочнения, так и для решения прикладных задач, связанных о разработкой методов формирования оптимального комплекса свойств конструкционных материалов.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуадены на Всесоюзных совещаниях по взаимодействию меэду дислокациями и атомами примесей и свойствам сплавов (Тула - 1988, 1991) , на школе-семинаре "Фазовые превращения

- 90" (Москва - 1890), на 4-ом Всесоюзном симпозиуме "Стали и сплавы криогенной техники" (Батуми 1&130), на 6-ол Европейской конференции по внутреннему трению и ультразвуку в твердых телах- (Краков - 1991), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулПИ (Тула

- 1988,■ 1989, 1990, 1991, 19У2 и 1993), на школе-семинаре •"Релаксационные явления в твердых телах" (Воронеж - 1993).

Основное содержание работы отражено в девяти'публикациях.

Объем и структура работы. Дмс^ртания состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы, включающего 116 наименований. Работа наложена на 130 страницах машинописного текста и содержит .45 рисунков и таблиц. '

- 6 -

2.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ.РАБОТЫ

Бо введении обоснована актуальность теш и выбор объектов исследования, сформулирована цель диссертационной работы. Здесь же приведены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе систематизированы как современные теоретические представления о механизмах дислокационной неупругости и. температур1Ю;сшовух диапазонах их действия, так и результаты экспериментальных исследований бериллия, молибдена, железа и сплавов'на их основе.

Представлен обзор механизмов низкотемпературной пластичности и гистерезисного внутреннего трения в области низких и промежуточных температур, теоретических'моделей релаксационных эффектов, обусловленных диффузионной-'подвижностью' атомов примесных атмосфер в области еысоких 'температур.

В области низких -температур пластичность металлов-и ' сплавов, контролируется процессами взаимодействия дислокаций с потенциальном рельефом; кристаллической решетки. .Однако, единое мнение о механизме этого взаимодействия, а также о характере влияния атомов примеси на процессы преодоления дислокациями барьеров Пайерлса для ряда конструкционных .металлов и сплавов отсутствует. Наиболее актуальна-эта проблема для твердых' растворов на основе оцк и ГПУ .металлов с высокими значениями анергии Пайерлса(*1ЭВ) и, одновременно, низким пределом растворимости примесей, в особенности примесей внедрения. Существенным технологическим недостатком' сплавов на основе железа- и молибдена является низкотемпературная хрупкость, обусловленная, в основном,'наличием .примесей внедрения-, полное очищение от которых затруднено.

Для описания процессов рассеяния энергии в области гистерезисного амплитудозависиморо внутреннего трения разработан ряд математических моделей, позволяющих идентифицировать Физический механизм дислокационной неупругости в ' различных темперагурнб-силоЕых и' частотных диапазонах, ' а также 'получать количественные-характеристики Взаимодействия дислокаций И атомов примесных атмосфер непосредственно из данных АЗВТ.. К сожалению, большинство этих методик остаются невостребованными в отношении большого количеств^ конструкционных ме:

тарой и сп.тмв. Для изучения сплавов на основе железа и молибдена метод 'А-ЗВТ использовался неоднократно. Однако, приверженность: большинства исследователей к* одной, .двум методикам, а твкле недостаточно корректное применение этих методик (без предварительного анализа соответствия представлений, положенных в основу конкретной теоретической подели условиям проведения эксперимента) позволяют- усомниться в достоверности полученных таким образом результатов.

'Уникальный комплекс физических, механических и т.д. свойств бериллия , и соответственно широкий спектр областей -применений .обусловит внимание к ?тс»<у материалу многих исследователей. однако, имеющиеся в .научной литературе работы, посвященные игупетт релаксационных и пластических свойств беричлия имеют, в основном,■описательный характер. По поводу физических Механизмов ряда эффектов на эмплитудкнх и- температурных 'зависимостях внутреннего трения в бериллии : ? существует дате сколько-нибудь серьёзных научннх гипотез. Специфика направлений'использования бериллия требует глубоких и разносторонних знаний о характере нгмененич свойств под действием различных внешних факторов. В этой связи, весьма актуальной и важной является идея суммирования механизмов дислокапиоп^ой неупругосги в виде областей на темлератур-но-силовых картав, которые позволяют прогнозировать поведение материала в сложных эксплуатационных условиях, а также назначать допустимые' диапазоны рабочих Tei.iiiepaT.yp и нагрузок. '

1!а основании проведенного анализа состояния вопроса определены основные задачи исследования,-

1. Усовершенствовать методику комплексного изучения механических свойств материалов при статическом и циклическом нагружении с целью расширения температу р'но-силового диапазона-испытаний. -

2„ Изучить общие закономерности и установить -тесле дева-тел^ность этапов формирования равновесных дислокационных атмосфер в твердых растворах внедрения.

3. Установить физические механизмы И поручить численны-3 значения .осног-ннх пчр^метров 'упргчнения-ггерднх растворов . внедрения на основе ж-Л"за', молибд.'.-Т' и бериллия в унру-го-.пЛгстичес'кой облоати нзгрухн-жш.-

4. Выявить температурные и -амплитудные диапазоны действия механизмов микропласгпчности, дислокационной неупругости и упрочнения твердых растворов на основе 'железа, молибдена и бериллия при статическом и знакопеременном нагружении.

5. Исследовать закономерности развития микропласгичнос-ти и дислокационной неупругости в системе Fe-С-В. Установить характер влияния Сора на,эффективность примесного закрепления дислокаций и упрочнение железоуглеродистых сплавоп.

Во второй главе сформулированы конкретные требования к выбору объектов исследования, к .числу которых относились следующие материалы:-

(а) высокочистый магний термический конденсат (МТК) бериллия (Р295 'к/Р4.2 К " 190...220) и технические сорта бериллия - изостатически прессованный (ТИП) и штампованный из порошка (Tllffl) с суммарным содержанием примесей 2,5 мас.%, (P2S5 К^Р4. 2 К " 5);

(б) молибден электронно-лучевой плавки (Мо-ЭЛЩ • с суммарным содержанием примесей (C,N,0) =» 0,003 мас.%, причем, углерода меньше, чем 0,001 мас.%, и сплавы Мо-С с содержани-. ем углерода 0,002; 0,005; 0,01 мас.%, полученные науглероживанием Мо-ЭЛП;

(в) .сплавы на основе железа Fe-0,04 мас.% С и Fe-0,Q59 мао.X С - 0,003 мас.% В. '

образцы представляли собой проволоку круглого (0,8...1 мм) или прямоугольного (0,4...1 мм) сечения; длина образцов -' 50...70 мм. Непосредственно перед проведением испытаний образцу подвергали отжигу по принятым для каждой группы матер прпов режимам.

В качестве основных показателей несовершенной 'упругости при. статическом нагружении использовали характеристики формы петель механического гистерезиса(П!.{Г): tc - микроскопический предел . текучести, tf - напряжение сопротивления движению дислокаций; при циклическом - величину, внутреннего трения Cf - или логарифмический декремент колебаний б.

Статические испытания по схеме "нагрузка-раугрузка" и ' измерения внутреннего трения проводили на универсальной ус-■ тановке РШ-ТулПИ-3, которая представляет собой обратный, крутильный маятник' с оптической системой регистрации и электромагнитной системой статической деформации оорзоца

кручением. Оценка погрешности определения деформации составляет 2 10~7, напряжений тс и tf - 0,5. ..1,0 Ша в зависимости от вида материала и Форш ПМГ, относительная погрешность определения величины внутреннего трения Q~1 - 5 Для устранения систематической погрешности,' обусловленной неоднородным напряженным состоянием образца при кручении, измеренные значения внутреннего трения пересчитывали в истинные в соответствии с методикой (Левин Д.И., Головин С.А., 1991).

• Ряд поставленных в работе задач обусловил необходимость создания ' криокймеры, способной обеспечить контролируемый нагрев и охладдение образца' в области низких температур. Конструкция разработанной я .созданной криокамеры обеспечила получение стабильного' уровня температуры s рабочем пространстве криокамеры в. диапазоне от -175 до 20 °С в течение 1-3 часов. Максимальное отклонение температуры в течение изотермических выдержек составило ±5°.

•Статистическую обработку результатов измерений проводили В соответствии с ГОСТ 8.207-76. ■

В третьей главе приведены экспериментальные результаты исследования механизмов низкотемпературной пластичности и характеристик рельефа кристаллической' решетки твердых растворов на осноье железа, молибдена и бериллия, здесь же представлены экспериментальные данные о характере влияния предварительной микродеформации, на характеристики пластичности. •

Анализ серий [МГ, измеренных при комнатной температуре в диапазоне предварительных деформаций (3...21) МПа для МГК бериллия, (20".. .61) МПа для 'ТИП бериллия и (20... 140) Ша для сплавов на основе, железа, показал, что уровень напряжения сопротивления движению дислокаций Xf не зависит от величины предварительного нагружения Гщ. Установлено, что зависимость микроскопического предела текучести тс от zm имоет сложный характер и в обшем виде моюет быть представлена схемой (рис. 1). Предложена математическая модель формирования величиям . тс в ходе мйкродеформироЕания (участок 2 на рис. 1), "основанная на учете влияния полей напряжения подвижных дислокаций нз работу дислокационных источников. Зависимость T,:(t,,) в соответствии с этой моделью имеет вид

- 10 -Тк + МТщ

Ек),

Ет > Ек,

Тк, Тт < Тк,

где тк - критическое напряжениесрабатывания' дислокационного источника, константа А-1.

Экспериментальные значения параметров уравнения для МТК бериллия составили % - .1,2 Ш1а, А - 0,91; в ТИП бериллии А= - 0,94. Для сплавов железа А-1.

Проведенные исследования позволили установить, что, во-первых, достоверной, воспроизводимой характеристикой предварительно микродефорыированного материала является значение тс, соответствующее стабилизации зависимости Ес(Ет) (участок 3 на рис, 1); во-вторых, дрессировкой материала в области микродеформаций можно не только повысить, но и стабилизировать механические свойства изделий на пбследних этапах их изготовления.

Рис. 1..Общий вид зависимости тс.(тп,).

Величина предварительной деформации тт '

Для получения информации о механизмах и параметрах ' низкотемпературной пластичности использовали методику анализа температурной зависимости предела текучести.

:Серии ГШГ измеряли при изотермичес чх выдержках для сплавов на основе молибдена в диапазоне температур 290...500 К, для сплавов на основе железа - 100...460 К. На .первом этапе определяли значения "Ес, соответствующие стабилизации зависимости при Ть которые затем-использовали для

получения температурных зависимостей .напряжения течения тс(Т). ■ ■ , •

Основными параметрами температурной зависимости напряхе-

ния течения являются: Тс - критическая-температура, соответствующая верхней температурной границе действия термически активируемых механизмов; тр - напряжение Пайерлса и атер-мические компоненты напряжения течения "Г! и Тп. Полученные значения этих параметров для молибдена ЗЛИ и сплава Ре-С приведены в таблице 1.

Анализ температурных зависимостей хс сплавов на основе железа и молибдена проводили в рамках разработанной специально для ОВД металлов теоретической модели Зегера (Бее^ег А., 1981), и ее последующей модификации (Кириченко-Г.И. и др., 1987), описывающей диапазон относительно высоких температур и низких напряжений.

Установлено, что в исследованном диапазоне температур и напряжений пластичность твердых растворов на основе железа и-молибдена контролируется механизмом термически активированного образования на винтовых дислокациях двойных перегибов. Определены численные значения характеристик перегибов (табл. 2)'. Повышение концентрации углерода в сплаве до 0,01 мас.% не влияет на условия развития механизма'низкотемпературной пластичности молибдена и проявляется только в возрастающей' зависимости атермических. компонент напряжения течения т^ и тп-

Б ходе измерений АЗВТ_ в различных сортах бериллия был обнаружен эффект.дислокационной неупругости материала в области малых-амплитуд деформации г < (20. ..25) 10"6 (рис. 2). При повышении амплитуды деформации уровень рассеяния стабилизируется и вновь начинает расти при г > (80...100)' 10~6.' При повторных измерениях внутреннего трения в интервале г < 1 10~4 ход кривых АЗВТ полностью воспроизводится.

Известно, что кристаллическая решетка бериллия характеризуется относительно высокими значениями энергии Пайерлса дажвчдля плоскости базиса и высоким уровнем энергий связи дислокаций е примесными атомами. Величине напряжения прения в МТК бериллии Гг - 1,35 Ш1а соответствует деформация Хг/в --9,3 10~6. Поэтому амплитудная зависимость внутреннего трения, при г^гДЗСучаоток 1 на рис.2) может быть связана только с самыми ранними этапами движения дислокаций на расстояния порядка параметра решетки. • •

Показано, что -.физическ- • природа наблюдаемого аффекта

-

Таблица 1

Параметры температурной зависимости предела микротекучести твердых растворов на основе железа и молибдена.

Материал Тр.Ша ■Ч-Гс(Тс), МПа Хп-Хг(Тс),' Ша Тс, К

Мо-С 730 30 11 430±10

Ге'-С 170 90 300±10

Таблица 2 Характеристики перегибов*

Материал и-л, эВ Со, ЭВ (1>/Ь ■ 22

Ио-.аШ! 0,60 . 1,26

Ре- С 0,19 0,70 ' 37

* ик - энергия'образования одиночного перегиба; С0 - энергия взаимодействия перегибов; ы/Ъ- критическая ширина двойного перегиба.

Таблица 3

Параметры дислокационно-примесного взаимодействия в твердых растворах на основе железа и молибдена.

Материал иь, аВ- То..к см/а", ю"5 /ь

Мо-ЭЛП 461; 82 8. . . 16 -

Но-0,002 %С 0,9810,05 467- 137 ■ .5. . . 10 ■

Ио-р,005 %С 47Й 39- ' 17. .''.34

Ре-С о.ео+о,оь '406 ' ■ 236 ' 37. . .74

Ре-С-В ■ 415 170 : . 50. . . 100

- 13 - ' •

связана с энгармонизмом вынужденных колебаний дислокаций при атермическом Преодолении ■ ими обобщенных сил трения покоя (Naimi, 1982). Получены численные значения приведенного стартового напряжения начала движения дислокации х* : в высокочистом НТК бериллии и технических сортах ТИП и ТШП tVg--(4,0+0,1) Ю-6.

60 50

5,10"3 40

' 30 20

О 20 40 60 80 100 120 Т,10~б

Рис. 2. ДЗЕТ НТК'бериллия при 20 °С.

В четвертой.главе представлены экспериментальные данные зб амплитудно зависимом внутреннем трении сплавов на основе юлибдена и железа'в области температур ниже Тс. На примере ¡плавов системы М.о-С рассмотрены закономерности и последовательность этапов формирования приь'есних дислокационных атмосфер по мепе. повышения концентрации твердого раствора, [сследован характер влияния микродобавок бора на примесное укрепление дислокаций в сплавах системы Fe-C.

Измерения АЗВТ проводили в интервале амплитуд деформаций, соответствующих развитию гистерезисных механизмов внут-юннего трения, в диапазоне температур: 293. „500 К - для плавов системы Мо-С и 100...450 К - для сплавов на основе :елега.

Обнаружено существенное изменение характера влияния тем-ературы измерения на ход кривых АЗВТ по мере повышения со-ержания углерода: в Мо-Э$1 и сплавах Мо-0,008 мас.% 0 и о-0',005 мас.Х.С повышение температура приводит к качествен-о единообразному усилению зависимости би) и смещению кри-ых АЗВТ в- область меньших амп$штул деформации. Повышение одержания углерода до 0,008 мае./, ослабляет влияние темпе-

par/pu кз ход АЗВГ. В сплаве Мо-0,01.мас.% С повышение температурь- измерения от £23 до 473 К практически не оказывает влияния на кривые б(г).

Характер влиьния .температуры на амплитудно зависимое, внутреннее трение сплавов Fe-C и Fe-С-В одинаков: с повышением температуры наблюдается усиление зависимости 5(т) и смещение? кривых АЗВТ в область более низких амплитуд' деформации. , Однако, уровень рассеяния энергии в борсодерлащем сплаве значчтельно более высокий.

Для определения энергетических, силовых,, геометрических параметров примесного закрепления дислокаций и установления вида, силового закона взаимодействия дислокаций с точечным центром закрепления использовали методику терчо-активацион-ного анализ?, данных АЗВТ (Granato A.V., Lücke К., 1981).

•Установлено, что взаимодейстие дислокаций с точечным центром закрепления в твердых растворах на основе к'елеза и молибдена наилучшим - образом описывается силовым . законом Коттрелловского вида. Получены оценки основных параметров дислокационно-примесного взаимодействия:- UB - энергия связи, То,--критическая температура,- соответствующая верхней температурной границе действия термически активированных Механизмов при знакопеременном нагружении,-напряжение механического обрыва tM, средняя длина свободного дислокационного'сегмента 1С (табл. 3). ■ '.

Анализ формы кривых- Ä3BT, характер влияния температуры на интенсивность, затухания и полученные оценки параметров Ub. 1с. и tM позволили представить последовательность'этапов формирования . равновесных дислокационных атмосфер в сплавах системы Мо-С. . •

В наиболее чистом молибдене (Мо-ЗДП)- на дислокациях сформированы разбитые' прлмесные атмосферы Коттрелловского типа .с относительно короткими длинами дислокационных, сегментов 1с. Центрами закрепления в этом материале являются! одиночные атомы примеси. В сплаве Мо-0,002 мзс,% С. качественная сторона картины закрепления остается Неизменной, -однако средняя длина свободного дислокационного сегмента 1с,- по i-p HiHemiw с" No -Uüri, уменьшается примерно гдвое.

Шгнш-'н.к^ оодерхлиня' углерода . в сплаве до 0.005 мзс.& лриь'олит к услрхилк«т • внутрпной структуры примесных атмос-

фер, что проявляется в появлении на линии дислокации локальных атомных группировок - сегрегации или мелких карбидных частиц, появление и рост которых идет за счет трубочной диффузии 'атомов углерода. По мере развития этот процесс приводит к снижению равновесной концентрации атомов углерода на участках между сегрегациями, то есть к'росту параметра 1с, что, в числе прочих следствий, способствует снижению эффективности закрепления дислокаций (понижение уровня напряжение хмУ и уменьшен™ влияния температуры на ход кривых АЗВТ.

В сплаве Но-0,01 мас.% 0 образование карбидных частиц в примесных атмосферах дислокаций становится доминирующим фактором. Роль закрепления дислокаций одиночными атомами примеси становится незначительной, что-и приводит к атермическому характеру наблюдаемого АЗЮ. , ' ■

Эффект повышения -макроскопических характеристик низкоуглеродистых сплавов железа -за счет микродобавок бора известен давно и широко применяется в'промышленности. Однако, до сих пор остается открытым вопрос о типе и механизмах упрочнения, обусловленных 'введением бора.

Исследования микродеформационных характеристик сплавов Ге-С и Ге-С-В идентичных ' по содержанию углерода и других примесей показали, что на стадии микропластической деформации бор приводит к разупрочнению* предел микротекучести сплава Ре-С снижается от 90 до 70 МПа, резко возрастает уровень рассеяния энергии при знакопеременном пагрукении. Величина напряжения сопротивления движению дислокации Тг не изменяется и для обеих сплавов-составляет 40 МПа. .

Сформулирована гипотеза относительно влияния атомов бора на эффективность примесного закрепления.дислокаций в низкоуглеродистых сплавах железа.

В__пятой_главе _ представлены экспериментальные данные о

механизмах и закон' мерностях формирования неупругих свойств высокочистого НТК бериллия в [Шрокок, диапазоне температур и амплитуд деформаций. Результаты этих исследований обобщены на карте в координатах температура-амплитуда напряжения (деформации). ...

На ТЗВТ ЫТК бериллия были обнаружены три релакоацноннлх максимума Р (Тм-450 К при 1-1 Гц),' 'и (Т„-535 К) и-Т (ТМ-6Й0 К) (рис. 3). По частотному сдвигу пиков, на кривых 13!.Т опре-

делены активационше параметры максимумов P.L и Т.

Анализ свойств пиков Р, L и Т в рамках теории Блейра, Хачиеона, Роджерса (1970, 1971) позволил установить,что природа пика Р связана с действием механизмов термически активированного отрыва дислокаций от атомов примеси, а появление релаксационных максимумов L и Т связано с развитием процессов трубочной и поперечной диффузии, соответственно.

- На основе анализа характеристик максимумов Р, L и Т пй методике (Blair D.Q. et al., 1970; Schlipf J., 1977) получены оценки параметров дислокационно-примесного взаимодействия в МТК бериллии: энергия связи дислокации с одиночным атомом примеси "иЕ=1,3 эВ; средняя длина дислокационного сегмента 1С-160Ь, среднее значение числа точечных центров закрепления дислокаций п-1ц/1с-45...52, коэффициент диффузии примеси вдоль дислокаций DL-2,2 Ю3ехр(-1,62 эВ/КТ) см2/с, коэффициент поперечной диффузии Di=8,7 ехр(-Г,92 эВ/КТ) см",'с.

На основе последовательного анализа и обобщения данных о неупругих, релаксационных свойствах магний-термического бериллия построена гемпературно-силовая карта, отражающая виды, последовательность действия и границы смены механизмов дислокационной неупругости (рис. 3).

Характер амплитудных зависимостей внутреннего трения, измеренных при температурах выше 300 °С и амплитудах дефор-

■' Т. К

Рис. 3. Карта механизмов дислокационной неупругости в МТК бериллии. Частота нагрукения 1 Гц (скорость деформ. 5 lö_4c^1).

: 1? - 1

го механизма АЗБТ, обусловленного диффузионным волочением дгомов примесных атмосфер.

Дальнейшее повышение амплитуды деформации приводит к появлению дополнительного механизма рассеяния энергии. Установлено, что -этим механизмом является еязкоэ. трение при движении дислокаций в пределах расширенных примесных атмосфер (ЗсЫагг й.В., 1981). Получено значение критического напряжения безактивационного отрыва дислокации от центров закрепления Хк-37,5+1.5 МПа.

3. ОБЩИЕ ВЫВОДИ • . ■

1. Экспериментально обнаружен универсальный эффект повышения микроскопического предала текучести Тс после предварительной микродеформации металлов,» гплавов. Предложена модель формирования предела мшфогекучеети, основанная ня учете -влияния полей напряжений системы подвижных дислокаций на работу дислокационных, источников.

2. Низкотемпературная пластичность твердых растворов внедрения на основе молибдена и железа в диапазоне температур от Тс/2 до Тс контролируется механизмом термически активированного образования на винтовых дислокациях двойных перегибов. Для насыщенных твердых растворов углерода в молибдене и железе получены значения энергетических и силовых параметров рельефа кристаллической решетки, а также, характеристики дислокационных перегибов: энергии образования одиночного перегиба 1'к и взаимодействия перегибов п0, критической ширины двойного-перегиба и.

. Показано, что повышение концентрации примесных атомов (до 0,01 мае.%) не оказывает влияния на условия развития механизма низкотемпературной пластичности.сплавов системы Мэ-С . и проявляется только в'.возрастающей зависимости атомических компонент напряжения течения т.! и

3. Установлено, что фнзичсская гриродл ангманюго ха- ■ рактера АЗВТ в бериллии в области малых амплитуд деформации еЗуслсг-кич действием универсального механикма^ обусловленного энгармонизмом шнукд.енных \ колебаний диелокапий при атермическом нресцолснни ими сил трения пок^я. Лля высоко- •

чистого (НТК) и технических горгов(ТИП и ТШП) бериллия получено значение приведенного стартового напряжения начала движения дислокаций, контролируемого силами решеточного трения, t*-(4,Qi0,l)10"6 G.

4. Микролегирование бором (до 0,003 мас.%) приводит к разупрочнению низкоуглеродистого железа и снижению предела микрогекучести от 90 до 70'МПа. На величину напряжения сопротивления движению дислокаций сплава Fe-C (tf-40 МПа) 'микродобавки бора не влияют. На основе термоактивационного анализа гистерезисного -внутреннего трения получены даннче о виде силового закона взаимодействия дисдогапий с атомами примеси, энергетические, силовые и геометрические характеристики гакрепления дислокаций в феррите. Энергия связи дислока-ж ций с атомом углерода UB составила (0,80±0,05) эВ. Микролегирование бором не изменяет значение UB, дополнительного . гакрепления дислокаций атомами бора не обнаружено.

- 5. Б сплавах системы Мо-С при содержании углерода ниже. 0,005 маеX центрами закрепления дислокаций являются одиночные атомы углерода. Получены данные о виде силового закона взаимодействия дислокаций с атомами углерода, значение энергии связи (UB-0,98±0,05 мас.Х), силовые и геометрические характеристики закрепления дислокаций. При повышении концентрации углерода в молибдене до 0,01 мас.£ основным видом центров закрепления дислокаций становятся локальные сегрегации атомов углерода и мелкие частицы карбидов.

6. На температурные зависимостях внутреннего трения магний-термического бериллия обнаружены три релаксационных максимума. Установлена связь физической природы релаксационных эффектов с действием механизмов термически активированного отрыва дислокаций (Тм*-450 К), развитием процессов продольной (трубочной) дифф/зии (Тм^535 К) и диФфуаионио-KOHf-ролируемым движением дислокаций совместно с атомами примесных- дислокационных атмосфер (Тм*620 К). На основе анализа xapaKTtpHcгик релаксационных процессов получены данные о значениях энергетических и силовых параметров дислокационно-примусного взаимодействия И определены значения актин пшенных параметров продольной и поперечной диффузии атомов прг 1сси в области ядра дислокации в бериллии.

-.".Построена температурно-силовая карт--!, отражающая ьи-

- 19 - '

ды, последовательность действия и границы смены механизмов дислокационной неупругости для магний-термического бериллия. При температурах ниже 423 К гистерезисная неупругость бериллия обусловлена механизмами термически активированного отрыва дислокаций от одиночных неподвижных центров закрепления с энергией связи 1,3 эВ. В области повыиеннмх температур (Т>500 К) в бериллий действуют механизмы неупругости, связанные с процессами совместного диффузионно-контролируемого движения дислокаций и атомов примесных атмосфер, и, при больших амплитудах деформации, с вязким торможением движущихся дислокаций атомами твердого раствора. Установлено влияние смены механизмов дислокационной неупругости па аномальный характер напряжения сопротивления движет го дислокаций в бериллии в диапазоне температур 523...573 К.

. Основное содержание диссертационной работы п' лож^но в следующих публикациях.

1. Левин Д.М., Канунникова И.Ю. Дислокационное внутреннее трение в бериллии при палых амплитудах деформации // Термическая обработка, структура и свойства металлов.-Свердловск, 1989,- С. 102-106.

2.' Левин Д.М., Ткаченко В.Г., Латук H.R., ' Канунникова И.Ю. Механизмы дислокационной неупругости поликрисгалличес-кого бериллия // АН УССР, ИПМ Препр. N 13.- Киев, 1989. • 36 с.

3. Левин Д.М., Ткаченко В.Г., ЛашукН.К., Канунникова И.Ю. Релаксационные эффекты и механизмы дислокационной неун-ругости бериллия // Металлофизика,- 1990.- N 5,- С. 13 10.

4. Левин Д.М.. Ткаченко В.Г., ЛашукН.К.., Г- .•чунниклра И.Ю. Исследование взаимодействия между дислокациями и атомами примеси в псликристаллнчеексм бериллии // Извести' гузоп. Физика.- 1990,- fi 6.' С. 60-63.

5. Levin D., Golovin о., Kannnnikova I. A stadу of low temperature mlcropla^t l^.tty rreahanir"!'? in Muí- alloy.-? V Materials Science Forum. Trans. Tech. Publica» icius^ Switzerland, -1993.- V. 119-121.- P. 251-254.

• 6. Чуканов А.П., Канунникова.И.Ю. Устроисгпм ;;ля изморе нйя параметров микропластпч^окой деформации и 1<ну"'1 "иц"ГО трения/ Тезисы5-ой НТК молодик мвттллургов-кесл-'донател'чь"

- 20

Донецк, ДонШИЧерМет, 1985,- С. 171.

7. и механизмах низкотемпературной микропластичности сплавов Ыо-С/ Левин Д.М., Головин С.А., Кануннйкова И.Ю.// 4 Всес. симп. "Стали и сплавы криог. техн.".- Батуми, 18-22 нояб., 1990: Тез. докл. - Киев, 1990,- С. 59.

8. Levin D., Golovin S., Kanunnlkova I. A stady of low temperature microplastisity mechanisms in- Mo-C alloys// 6 Europ. Conf. on Int. Frict. and Ultrason. Att. in Solids. (ECIFUAS-6). Sept. 4-7, 1991. Collect. Abstr. - Krakov, 1991. -P. 182. ,

9. О влиянии микродобавок бора на эффективность примесного закрепления дислсаций в низкоуглеродистом железе/ Левин Д.Ы., Кануннйкова И.О.// Релаксационные явления в твердых телах: Тез. докл. школы-семинара. - Воронеж, 1993.- С. 39.

Подписано к печати 16,09.93. Форшт бумаги 60x8^ 1/16. Буыага типогр, № 2. Офсет.иеч.УсЛ.печ,л.1,1.Уч.-изд.л.1,0. Тирак 100 экз. Заказ 1£93.

Издано в Тульский государственной технической университете. Т^ла,ул.Болдина,151. Отпечатано на poiaпринте в ТулГГУ.