автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Влияние текстуры на свойства материалов

КРАСНОЯРСКИ Г0СУДАРСТЕЗШ5Ш ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Дергач Вяадишр Викторович

1У2ШКИЕ ТЕКСТУРЫ IIA СВОЙСТВА HAT2KÏJSJÎOB.

05.16.OS - порошковая металлургия и когетоззщяошше материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертация нз сонскшше учеиоЗ степшш кандидата техшпгскях паук

Красноярск - 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственном тех-п.:чсс:юи университете и Красноярском государственной техшпооион университете

Научные руководителе - доктор технических наук, профессор Павлов H.IL

хаадвда? Фпзико-ыатеяатичеиснх наук, профессор Талшзкевич И.О.

оаьсаецгы - лот-гор тохшяс-скги. наук, прс&оссср, чд.-хсорр. Alt bill BitpOiir B.C.

кацгщдат технических наук, профессор Корчагин А.К.

Ведущая организация - Череповецгшй цетвллургвческЕй зашд

Защита диссертации состоится "28й декабря 1995 года в 12 часов 30 икнут на заседания диссертационного совета Д 064.54.02 г:ра Красноярской государственном технической университете по адресу: 660074, Красноярск ул. Кирепского 26, ауд. Г 5-22.

С диссертацией мозшо ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Автореферат разослан "¿Р* ноября 1995 года.

Баи отзш на автореферат в 2-х агезеиплярах, с эавероыюЛ подпись» составителя просич направлять в* адрес диссертацкошо-го совета.

Ученный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Сильченко П.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Большинство материалов, применяемых в машиностроении, долгам отвечать требованиям, предъявляемым к тем или иным эксплуатационным свойствам. Создашь металлов с заранее заданны?,1га характеристиками и возможность управления гага в процессе производства и эксплуатации изделия является главной задачей сегодняшнего дня. В этом' отношен1.™ поликристэлличоскке тела, обладающие наведенной анизотропией свойств, становятся все более перспективными. В текстурированннх материалах, имеющих направленное распределение кристаллитов, как по кристаллографическим плоскостям, так и по кристаллографическим направлениям, вследствие естестве«шс1? анизотропии кристаллов появляется анизотропия- физико-механических- свойсте. Помимо кристаллографической текстуры может существовать упорядоченность частиц любой физической природа, как, например, электрической (упорядоченность осей спонтанной поляризации), магнитной (упорядоченность магнитных моментов) и т.д.. Таглм образом, ш мокем ввести понятие комбинированных текстур (кристаллографическая плюс машштая, кристаллографическая плм.? электрическая к т.д.). В том случав, когда зерна ориентированы беспорядочно во всем объеме иогакрие-таллического материала, то говорят о квазиизотрогаюм материале, имеющим изотропные свойство на макроуровне и анизотропные на микроуровне. При определенных. условиях поликристалллческив токо-турировашше материалы можно отнести к классу кс-мпозицисшшх, а именно если беспорядочно ориентированные зерча рассматривать как матрицу, а упорядочение расположенные - как наполнитель.

Влияние текстуры на ^юнко-механические свойства материалов может бить как полезным, так д вредным. Классическим примером положительного влияния текстуры на эксплуатационные свойства изделий монет служить трансформаторная сталь, в которой создание кубической шсстуры, когда кристаллографические плоскости' типа (100) располагаются в плоскости прокатки, а кристаллографические направления <001> совпадают с направлением прокатки (НШ, приводит к минимальным потерям магнитной внергии при перемагшчива-нии. Известным примером отрицательного влияния текстур« на процесс деформации м-.жет служить образование фестонов при глубокой вытяжке. Несмотря на осескммнтричнзв влияние всех параметров вы-

тя;:;ки, по краю изделия появляются впаданы и выпуклости, что связан;) с наличном ромбической текстуры в металлическом листе, вы-зкьзщбй анизотропию пластичности. Для того, чтобы устранить данный г.чМ»н<т необходимо создать изотропные пластические свойства в плоскости листа.

Эффективное решение задачи по получению текстур с необходимыми эксплуатационными свойствами можно разделить на три этапа:

1. Установить вид анизотропии, полезной для данного случая.

2. Вьчбить шлюшнтп текстуры, способствующие или противодействуй» появлению необходимой анизотропии свойств. Для успешного решения задачи на данном этапе важное значение имеет Оолэо полное представление о влиянии текстуры на фкэико-мбхани-чсские свойства, умение заранее предсказывать и рассчитывать их.

3. Определить практический метод по'¡учения требуемой текстуры. Одним из способов решения этой задачи является экспериментальной исследование влияния режиме» пластической деформации на текстуру. Однако основное внимание долито бить уделено созданию теор;ш текс^урообразоватш в материалах, которая позволяет обг-ясшгь возникновение той или иной ориентировки в текстуре к возможность управления ею. В этом случае следует исходить из законов Млкро- и макрошюстической деформации. Поэтому вполне понятен интерес к вопросам образования текстурп при прокатке монокристаллов, разработке моделей их пластической деформации с последующим перенесением их (с некоторыми поправкалш) на полякргс-талдн.

Цель, работы. Используя математическую модель пластической деформации Идада-Тейдора-Заксэ, решить на основе анализа тексту-рообразования в кубических металлах вопрос о формировании текстуры в магнитно-полу^стких (яыюзо-никель) й порошковых магнит-номягких (велезо-крэнзний и Евлезо-алкшянй) сплавал и теоретически и экспериментально исследовать влияние текстуры но физико-механические свойства материалов.

Основные задачи. Для выполнения указанной диссертационной работы необходимо было разработать способ усреднения физико-механических свойств текстурироешпшх материалов, а таю?е прике-нить теорш пластической деформации й-дца-Тейлора-Закса-для установления закономерюсти формирования текстур с нужными кристаллографическими ориентировками. В связи с этим пришлось решить целый комплекс задач:

1. Изучить теорию пластического точения Шмида-Тейлорв-Зак-са и применить ее для анализа текстурообразования при прокатки монокристаллов.

2. Разработать технологию получения материалов о требуемым;! магнитными свойствами, используя установленное эксперимектальчыэ закономерности по текстурообразованш при прокатке монокристаллов

3. Проанализировать существующие методы усреднения физико-механических свойств квазиизотропных и статистически анизотропных сред.

4. Изучить основы расчета физикс-мехгшических свойств текс-турированшх материалов.

5. Освоить и использовать при раочета свойств текстур .су-шествующие методы описания текстур с точки зрегаи их симметрии. ,

6. Ознакомиться с рентгеноструктуяшм внализом текетуряро-ваяных материалов для определения симметрии текстур! -и фазового состава.

■'7. Овладеть экспериментальными методиками определения физико-механических (упругих, магнитных и т.д.) свойств.

Научная новизна. В диссертационной'! работе, . во-первых, на основе закономерностей теории • кристаллографического скольжения были установлены, по результатам исследования прокатанных монокристаллов, механизмы формирования текстур с той или шгой кристаллографической ориентацией и, во-вторых, получены общие формулы для расчета физико-механических свойств текстур различной симметрии из кристаллитов, принадлежащих к любой крюталлографя-ческой системе.

Автором диссертации впервые получены слздущие основные результаты:

1.Установлены закономерности появления асимметричной текстуры на противоположных поверхностях при-прокатке ОВД монокристаллов.

2. Экспериментально получена асимметричная текстура'прокатки монокристаллов кремнистого железа.

3. Обобщены .результаты описания текстура на основе ее симметрии и симметрии составляющих ее кристаллитов-.

4. Получены общие выражения для физико-механических свойств квазиизотропного и статистически анизотропных агрегатов различ-

бой симметрии из всевозможных сочетаний с собственной симметрией кристаллитов (зерен).

5. Предложена и экспериментально подтверждена технология получения требуемого уровня магнитных свойств у магнитно-полужестких сплавов на основе железо-никель, не содержащих дорогостоящих добавок (типа Со), а также у порошковых высоколегированных Fe-Sl и Fe-Al сплавов с экстремальными магнитными свойствами.

Практическая значимость. Получены формулы для вычисления физнко-ме. шических свойств, позволяющие, например, рассчитать шшрлкешгэ-лефорлировамюе состояние в материале с учетом его ■статистической анизотропии.

Расширено понимание механизма текстурообразовашш в ОЦК материалах, что позволило, в частности, объяснить противоречия экспериментальных результатов отдельных авторов при деформации монокристаллов.

Предложена технологическая схема производства магнитно-полужестких сплавов на основе келэзо-никель не содержащих дорогостоящих добавок.

Исследована текстура прк прокатке высоколегированных порош-koeux келезо-алшашй и железо-кремний сплавов.

Методические, теоретические и экспериментальные результаты переданы научным и производственны« организациям в рачках хоздоговорных работ (Санкт-Петербургское отделение НИИ связи; Центральный НИИ связи, г. Москва; Санкт-Петербургский сталепрокатный завод; НПО "Прикладная механика", г. Красноярск-26; Красноярский машиностроительный завод и Сибирский НИИ технологии машиностроения) л творческому сотрудничеству (НПО "Прометей", г. Санкт-Петербург).

Результата исследования также били использованы при проведении лабораторных гзбот и чтении лекций курса "Теория упругости и пластичности в композиционных материалах".

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 2-й Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах (Челябинск 1977г.); на 3-й Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах (Красноярск ' 1930г.); на 4-й Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах (Горький 1983г.); на научно-технической конференции с международным участием "Проблемы тех-

лига! а технологии 2Г века" (Красноярск 1994г.) и .научном семинаре механико-технологического факультета Красноярского государственного технического университета.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит и« введения, 4-х глав, заключения и обидах вмаодов, оттека литературы, содержащего 132 наименоЕпния. Основной материал изложен на 192 страницах машинописного текста, включая 5 таблиц и 76 рисунка.

Основное содержание работы. Во введении обоснована актуальность теш. научная новизна и практическая ценность результатов работы, определены цель и задачи кесдедов&ния.

В первой главе приведен анализ литературных ¿ашшх пс вопросу текстурообразования при деформащШ ОЦК металлов, из которого, видно, что по формированию текстур к центральных слоях при прокатке монокристаллов имеются противоречил в дэьтнх рослиных исследователей. Кроме того, установлено, что вопроси тектуроос-разования в поверхностных слоях исследоваш недостаточна, в ю время как свойства изделия из прокатанного металла опр»л&ляютсл структурой по всему объему материал;.!, ,з не только н центральных слоях. Например, окончательные иагкнтнвд' свойства у олектр'/технической стали получаются после откига, а зародаи регфаст&лла-38ЦШ1 обычно форШфУЙТСЯ В ПОВерХНОСТННХ слоях. В связи с этич необходимо, вместе с исследованиями центральних слоев, проводить исследование поверхностной текстуры, прокатанных нонокриота^лов.

Приводится анализ способов усреднения фияико-мехпннчвоши свойств текстуриро&анных материалов. При вычислении упруга:? свойств исходят из общих для всех методов усреднения двух основных предположений. Во-первых предполагается, ?то додикрисгад-яический аграгат представляет собой сплошную среду, п каадой точке которой значения напряжений не выхолят 3:1 пределы упругости. Во-вторых, считается, что размори кристаллитов, соствшя-кцих агрегат, с одной стороны достаточно■велики по сравнению с областями влияния ятшных сил, а с другой сторож достаточно малы по отношению ко всему агрегату, так что в кавдом элемента объема имеется большое число кристаллитов разнообразных ориентация и физические свойства всех элементов одинаковы.

Различие между рассматриваемыми способами усреднения связано с тем обстоятельством, что одна груша авторов пренебрегает взаимодействием между кристаллитами, считая каждый из них няза-

висимым от всех остальных. Эти более ранние способы усреднения обычно очень просты, однако, полученные с помощью их теоретические результаты, как правило, не согласуются с экспериментальными данными. Пренебрежение взаимодействием кристаллитов неизбежно вносит ограничения на условия равновесия на границах кристаллитов, т.е. на их форму. Друггч группа авторов стремится учесть взаимодействие в форме поправок к прямому усреднению, либо определенными допущения?,ш о явлениях на границах зерен и об их форме. В таких вычислениях расчет становится весьма сложным, "а полученные формулы настолько громоздкими, что эффективность таких усреднений к&кется весьма сомнительной, особенно, если принять во внимание, что расчеты вшашяются для простых заданных фор.) и взаимного расположения зерен обычно редко встречающихся на практике.

Первой попыткой усреднения упругих постоянных монокристалла для определения упругих свойств квазиизотропного поликраеталли-ческого агрегата была работа Фойгта, который предполагал, что деформация однородна по всему поликристаллу и смещения на границах зерен непрерывны. Поскольку зерна расположены хаотично и обладают разными упругими свойствами в различных направлениях, то напряжения в разных зернах должны быть различными и для сохранения равновесия на границах должны возникать дополнительные силы. Эти условия не удовлетворяются в реальных поликристалллческих материалах. Однако они позволяют производить непосредственное усреднение величины упругих постоянных (СцкО по всем возможным ориентировкам кристалла. Среднее значение упругих постоянных по Фойгту будут иметь вид: •

б"IJ к 1=(1 /8Пг) /С! j к 1 з1пфф|> 1 <Шф а,

где 01, Ф, ((I г-углы Эйлера,'С им-упругие постоянные кристаллита, отнесенные к осям образца.

Ройс в отличии от фойгта, предположил, что все компоненты тензора напряжений непрерывны на границах раздела кристаллитов с различной ориентацией, произвел усреднение модулей упругости (Биы). Несмотря на то, что это усреднение модулей упругости Фойгта базируется на физически не верных предположениях оно дает вторые предельные значения упругих постоянных кйазиизотропно-го поликристаллического материала, й оно широко используется в

настоящее время. Экмгоршонгдо.ны* значении упругих шссншя: квазшкзотрошгого псдикриот£лл!>ческэго материала всегда гохзт между теоретическим* дэншш найдзгаош по методу >5сйгтг- и ?с2-са.

Математически уереднетг: по Ро(су пр»шципиалык» не отличается от усреднения по Фойгсу и, 1вкхо *шхяст<м по оу^оству средним арифметическим из величин Bt.ii,>.

Хиллом на осяоват-зга стазистич^с-'ой гвпоте?п било покпзаво, что для любого агрегата макроскопически? »качения удрупх постоянных, н&тример, модуля Юнга и модуля сдвига яужьт где-то в интервале мезду значениями Фойгта и Ройса.

Что касается всех остальных. усредняй, то сьи в ■ освеннэи сводятся к вычислению корреляьуоиной .гит-ппки к ет.о/С-Т-му ¿нтсяш» упругих постоянных, определяемых по «кйгту и Рс#«у. В содом случае эти усродчеш'я дают верхняя» и шгапш ¡ ршицу гсмедуг.'-тй величины. Однако, интервал, даваемый ад ими усролксваима, ш>чи-тельно уже, чеы различия меаду усреднениями но фойгсу у Ройсу.

Вторая глава содержгт краткую теод-ш д^'орманри юшояо-таллов с ОЩ решеткой. Расж&трквшгоя действуйте сплтома скольжения и их отображение на стереографическом ареугольникэ при одноосном растяжения и сжатия можк^иеталлов. П.тл зналнзз напря;шнно--дефор,мрова;шого состошил прг прокатке сшъ аргши -I следующие допущения: 1. течение происходит в продольно:/ лапрая-ления и 2. ушрелие прекеореяваю мало, что позволило напучит» выражение приведенного касательного напряжения для систем сколь -жения ОПК монокристаллов

г<т>=уа1(1+К)(сой5)=соз).с - сое^исогз^ 1),

где ¡/-коэффициент Пуассона, К-коэффицнонт, которая збвиеи" от условий прокатки (диаметра валков, скорости. прокат/си, смазки и т.д.). Хс-угол между нормалью к поверхности кристалла'л направлением скольжения, ус-угол между нормалью к тглоекоозя кристалла и нормалью к плоскости скольжения, Х»-угол мееду нащжде-нием прокати! кристалла и направлением скольжения, ^н-угол мв«-ду направлением прокатки кристалла и нормаль» к плоскости скольжения. Используя данную формулу моям определить ту систему скольжения, у которой коэ>№щиеат ©гада макскмальккй. На основании этого проводится качественный анализ получения основных

ориентировок текстуры холодной деформации: (001)<110>, <112) <.1Ю> и {1Ш<112>.

^ Известно, что механизм деформации определяет текстуру прокатки. В настоящее время признано, что основным механизмом деформации при температуре ниже температур« рекристаллизации является кристаллографическое скольжение и действующие системы скодьжещя зависят от типа кристаллической решетки. Для одного и того же тина действие систем скольжения должно быть одинаковым. Таким образом, для анализа формирования текстуры приводятся обобщенные результаты исследований на металлах с ОЦК решеткой в центральных слоях. Однако, для полного понимания текетурообразо-вания необходимо знать действующие системы скольжения в различных зонах очага деформации при сложно напряженном состоянии.

Основную роль при формировании текстуры в области близкой к поверхности листа играют контактные напряжения. Касательные напряжения по мере перехода от центрального сечения к поверхности возрастают, достигая максимального значения на поверхности, что вызывает поворот главных осей напряжения на угол у относительно заданной" ориентировки, который будет ' эквивалентен повороту ориентировки относительно неизменных осей главных напряжений. Расчет коэффициента Шмида с учетом угла поворота проводился по формуле

Б^О.бС (Ауу-Ахк)соз2? ± (Аху-Аух)в1п2{1],

где Б -обобщенный коэффициент 1йлида, А з=<пА.)-геометрические коэффициенты приведения к-системе скольжения X, ф-угол между главными осями напряжения и осями координат X,Ч,1 в плоскости ХОУ, знак (+) для верхней части полосы относится к зоне отставания , а знак (-) - к зоне опережения, для нижней же чести полосы наоборот.

Значение обобщенного коэффициента Шмида определяют исходя из ориентации систем скольжения по отношению к системе координат кристалла. Были рассчитаны и приведены в работе графические.зависимости й-Кв») действующих систем скольжения для случая прокатки монокристалла (Ш)[Ш] с ОЦК решеткой при допущении действия в нем систем сколькения типа <110}<1И>, {ИгК111> и {123)<111>. Пользуясь графиком, зная угол поворота главных осей напряжения и ориентацию деформируемого монокрипта.пдч. можно определить дейст-

вующую систему скольжения и затем ориентировку, которая получится в результате ее действия. Данный метод определения приваленного касательного напряжения можно применять и для материала с достаточно острой текстурой.

Кроме того, излагаются, полученные с применением, указанных вшге закономерностей, результаты исследования влияния исходной ориентации и режимов деформации на текстуру • прокатки монокристаллов (110) ИМ) с отклонением нормали^ плоскости'и сторону НИ на угол 5-8*. Известно, что при прокатке монокристаллов изменение условий деформации может влиять на текстуру и особенно характер ее распределения по сечению.- В наибольшей степени они сказываются на текстуре поверхностных сдоев.

Исходным материалом для эксперимента служили монокристолли-ческие образцы, размером 0,5X150 мм, в которых отклонение от (ИО^&И строго соответствовало повороту вокруг поперечного направления (ПН) при прокатке. Однонаправленная прокатка проводилась на сухих, обезжиренных валках, с обжатием за проход от 20 до 35 % при температур« '180°С. Изучалось постепенное формирование текстуры при прокат 'кь о суммарном обжат а ем до 85 %.

При холодной ^прокатке монокристаллов с ориентировкам;, йлизкиш к (ПО)П13) - (ИОИН)] на о'енх поверхностях сформл-ровалась текстура {112}<110>, причем только на верхней поверхности она была двухкомпонентной: (11?НГ01] + (211)10' 13. На нижней поверхности наблюдалась только первая из указанны) ориентировок. Увеличение диаметра валков повлияло лишь на рассеяние ориентировок, уменьшившиеся нч верхней и увс-.агшваееся на нижней поверхности образца. Нагрев до 480*0 способствовал сохранению исходной ориентировки исследуемых монокристаллов вплоть до обжатия 75

В центральном слое, прокатанных с обжатием более 75 % монокристаллов о исходной ориентировкой, близкой к (110)(531] -(ПО>[7Ю], сформировалась текстура (11 *Г>ГГюз + (более слабая) (100)10101. На двух противоположных поверхностях кристалла с исходной ориентировкой близкой к (ИО)ГШ! формирование текстуры также различалось. На верхней, после холодной прокатки с. обка-' гаем 35 % (диаметр волков 90 мм), образовалась ориентировка (55?)!Н01, рис. 1, а, при увеличении обжатий до 55 % наблюдался поворот к (33f.il Гю), рис. 1, б. Обжатия порядка 85 % приводят к образовалич-| двухкомлонентной- ориентировки текстуры верхней

поверхности {111}<1Ю> с различной интенсивностью компонент,

Рис. 1. Полюсные фигуру (ПО) монокристалла Слизкого к (110] по КП прокатанного на стане 90 с суммарным обжатием: а-35, 6-55 и в-85 Верхний ряд - верхняя; поверхность, шкаий - нижняя.

рис.!, в. На нижней поверхности последовательность формирования текстуры о увеличением деформации соответствовала повороту к (130)[S10) при обкатки 35'-55 %, причем рассеяние ориентировок преимущественно вокруг ПН было весьма значительным и почти достигало исходной. Дальнейший рост деформации до 85 % сопровождался поворотом к (001)[1.00] с увеличением рассеяния, рис. 1, в. Увеличение диаметра валков несколько изменило характер формирования текстуры. На верхней поверхности при обжатии 35 % монокристалл развернулся в сторону ориентировки близкой к ориентировки наблюдаемой на поверхности монокристалла, прокатанного на стане с меньшим диаметром валков. При увеличении обжатия происходит поворот к (111)1 ТшЗ, причем рассеяние . ориентировок за счет поворота вокруг НП свидетельствует о большем влиянии на тексгурообразование процессов уширешгя. которое заметно увеличивается (как показал анализ кривых дарения) с увеличением диаметра валков. Рассеяние охватырэет область ориентировок вплоть до (ООТ)( 1*103.На нижней поверхности последовательность формирования текстуры соответствовала повороту к: (53Ш5301 при дефор-

мзцгпг 25 %, (415)[713] при 55 и (335)[П 1 6] при 35

Было таюке исследовано влияние нагрева перед прокаткой до 430°С- этих зга монокристаллов на стане.90. Установлена тенденция к сохранению исходной ориентировки, но менее вкроенная по сравнении: с теплей прокаткой монокристаллов первой ееряк. На верхней поверхности при обжатии 65 % ориентировка шаокриез-адяа бли&кз к (>321) [452] и имеет значительное рассеяние вокруг направления нормали (КН) а Ш, а при деформации 75 % монокристалл имел ориентировку (32 Ш 1*11]. На противоположной поверхности прокатанного монокристалла (е=55 %) отмечено значительное рассеяние ориентировок вокруг ПН, а при деформации 85 %, кроме того, вокруг ВП, причем в первом случае, ориентировка деформированного монокристалла близка к (130)1551], а во втором к (130)1311].

В результате исследования также было установлено, что рассеяние ориентировок текстуры во* рзятом 'диапазоне отклонения плоскости (110) от идеальной ориентировки монокристалла, на который обычно не обращают внимания, при исследовании формирования текстур деформации, может как оказывать, так и не влиять на последнюю. Последовательность формирования текстуры в монокристаллах двух серий весьма близка внутри серии, но заметно отличается ыеэду сериями. Отклонение от идеальной ориентировки за счет поворота вокруг ПН приводит к различию в тенденциях формирования текстуры на противоположных поверхностях одного и того ке монокристалла и имеет различный характер. Показано, что форгирозание текстуры щи прокатке монокристалла последней серии: связано с отклонением, плоскости монокристалла (110) ив поверхностных слоях чувствительно к условиям деформации. Увеличение уширекия при прокатке или применение повышенных температур подавляет формирование текстуры прокатки. На основе анализа действующих систем скольжения дается объяснение механизма формировпкш указанных ориентировок текстуры.

. В третьей главе на основе приведенных выше теоретических разработок рассматривается текстурообразование при прокатке магнитных сплавов (магнитно-полужестких и порошковых высоколегированных магнитномягких), а также технологическая схема по производству сплавов с оптимальными магнитными свойствами.

Б сплавах средней магнитной жесткости для создания требуемого уровня магнитных свойств, поступали также как и пр! решении аналогичной задачи в приложении к композиционным материалам, а

- и -

именно, находили оптимальное сочетание матрицы феррита и немагнитной фазы аусданита, являющейся армирующим элементом. Для решения указанной задачи были выбраны два сплава: Л-1/18 на основе ?е-К1-А1 и Р-2/713 на основе Ре-М1-Си. Исходным материалом исследования для последнего сплава слуаила горячекатаная полоса сечением 4x90 мм. Первая холодная прокатка проводилась как в промышленных (при этом лента прокатывалась на толщину 1 мм на реверсивном шесмвалковом стане 6/160, а затем на реверсивном четнрдазшиоеом стане 200 на толщину 0,7 и 0,35 мм), так и в лаборатории условиях (прокатка на двухвалковых стенах 210 и 90). Вое лослодунаде прокатки осуществлялись в лабораторных условиях о отбором проб на исследование текстуры, фазового состава и магнитных свойств.

Исследование текстуры проводилось на отражение по известным методикам рентгеноструктурного анализа. Вследствии сильной тексту ровашюсти сплава, фазовый состав оценили непосредственно по относительной интенсивности линий 200 и 211 а-фазы, а также 220 7-фазн в начале соответствующих текстурных кривых, снятых на дафрактометрй ДРОН-1 методом Шульца,

Магнит.чые свойства измерялись на образцах размером 120Х2Хй мм ((1- толщина образца) на стандартной баллистической установке методом одергивания.

В ходе исследования сплава Л-1/18 не было обнаружено второй немагнитной фазы, а такстурообразование феррита происходило аналогично сплаву Р-2/718. поэтому опуская описание текстуры первого сплава остановимся на последнем.

В исходном состоянии текстура обеих фаз описывается ориентировками {001К110>. {112)<1Ю> и {111}<110>, (111}<112>, рис. 2, а, верхний ряд.

Термическая обработка (ТО) при температурах свыше 500»С приводит к образовании аустенита за счет чего происходит уменьшение количества Феррита. Полюсные фигуры, снятые о этих образцов приведены на рис. 2 (верхний ряд), из анализа которых следует, что интенсивность максимума в центре полюсной фигуры уменьшается с увеличением температуры ТО, .что свидетельствует об ослаблении ориентировки СООО<1Ю>. Доля ориентировок близких к (112)<1Ю> уменьшается при температуре. 600*С. Одновременно, в указанном диапазоне температур, происходит выделение ц-фазы из матрицы «-фазы. Полюсные Фигуры (110) сплава Р-2/718 выдержанно-

Л> при температурах 575, 600 и 625°С показаны на рис. 2 а, бив (нижний ряд), соответственно. Как видно из полюсных фигур, ос-

Рис.2. Полюсные фигуры {200} а фазы (верхний ряд) и (220) ?-фазы (нижний ряд) сплава Р-2/718, термообработанного при температуре: 8 -575, б - 60С и в - 625*С.

новными ориентировками текстуры аустенита являются {112)<110> и {110) <001>, причем с увеличением температуры Тб интенсивность первой уменьшается, а второй увеличивается.

В процессе холрдной деформации происходит обратное у а превращение, характер которого зависит от температуры промежуточной ТО. Уменьшение немагнитной фазы влечет за собой к аналогичному , изменению коэрцитивной силы и увеличению магнитной индукции. Однако, благодаря увеличению наклепа металла, происходит обратный процесс. Контроль сочетания обеих фаз и текстуры и их влияния на изменения магнитных свойств в процессе многократной прокатки, позволил разработать технологическую схему изготовления сплава, которая графически представлена на рис.3.

Таким образом, требуемые магдотные свойства мохно. получить используя следующую последовательность пластической деформации и термической обработки:

1. Первая холодная прокатка на стане ДУ0-2Ю, £=75 %:

+{Щ<оор

сер[112}р0)

- 16 -

2. ТО ь • температуре 600® С р течении часа;

3. Вторая холодная грсквтка на стане е=30 'X;

4. ТО при температуре £76°С в течении часа:

5. Третья холодная прокатка на стане ДУ0-90, е=20 %;

6. ТО при температуре 5"5°С в течешя? часа;

7. Четвертая холодная прокагка на стане ДУ0-90, е-БС

8." Окончательная ТО при 525° С в течении часа.

0-

* — -Г ■ ' 1 « / 1 » —г ¿к

! I А \\ ■— •ГЭ»**^

|........ 1 уЖ \ ■--^¿Х у" ,-<

ыт? ' V к

! А !

!/. 1 !

V

1-

Т'&ю'с^жт^^се/го'А 7^/тр чо~ го м « %% 7ыя

Рис. 3. График, иллюстрирующий технологическую схем;/ получения*

магнитно-полутвердого сплава Р-2/713 с заданным уровнем магнитных свойств. о - Вао, о _ в г и л .- Но

Если у магнитно-полужестких сплавов сознание требуемого уроьня свойств связано»с текстурннми и фазовыми преобразованиями, то у магнитномягких свойства в основном зависят от текстуры.

Исследование токстуры проводили на полосах и лентг-х, полученных .из распылешшх азотом порошковых сплавов железа с 5...7 % 51 или с 16 % .А1 с последующей многократной прокаткой и окончательным отжигом при температуре 1?СЮ*С. Установлено, что в ленте укнзпнннх снлйвов, прокптэншк ь холодную, без промежуточных от-кшчт ^рмрунтея острия тексту!«, главной ориентировкой которой йийи-тся ('бычняя для 01 1К м^тчпиок ориентировка <001 > < 110">я такке

{112>< 110> и {11П<112>, хотя намного слабее чем главная, но хорошо выражены. Двухкратная прокатка приводит к ослаблению главной ориентировки. Основными ориентировками ленты сплавов, прокатанной в холодную с тремя промежуточными отжигами, становятся {111)<112> и. немного, слабев С001><1

После окончательного отжига холоднокатаной ленты сплава ?е-5 Ш, получена крупнозернистая структура, в которой половина зерен имела ориентировку близкую к {.110}<001>. Аналогичный отзкиг ленты сплава Ре-16 Ш приводит к появлению ребровой текстуры.

И четвертой главе дано общее решение по определению констант упругости текстурованннх материалов с применением функщш распределения ориентации' кристаллитов (ФРО), зависящая от углов Эйлера: которую обычно представляют в виде:

Г(е5=Е Е Е а£пТ*„(£).

Гт и

где л™-коэффициенты разложения в ряд по обобщенным сферическим функциям Тип(^), которые имеют вид:

здесь Р™(Ф)-полимоны Лежандра.

Зная ФРО, усредненные значения констант упругости Сим можно записать в виде

Снк1=/Си1«1Г(8)(1®=/с1л.1Т: £ Е й^пТ^п(8)<1в. (1)

4 т ч

здесь

с{ Зк1гЛ 1г.1.1р1кг11оСчргп,

где СЧР г «.-константы упругости монокристалла, а Ь <,,2^,..-направляющие косинусы, определяадие его положение относительно фиксированной системы координат, выракеннке через обобщенные сферические функщш.

Тазам образом, интегрируя выражение (1), получил обобщенные формулы упругих констант для статистически анизотропных материалов

CM=:(Di+2Ei)Ci+(D2+2Ea5C2+(D3+2E3)C3+GiCi+HiC6+Cn; C2a=DiCi+D2C2+D3C3+G2C4+HaCfc+Cii¡>

Сзэ=21 (Ei-Pi )C1+(Sa-Fa)CaKK3-F3)C3~(Gj+G3)C4/2+(H1+H1 )CÜ 1+CÍ i ;

сГг=-[ (Di+Fi )Ci+(D2+F2)Ca+(D3+F3)C3-(Gi+G2)Cs/<ít-(Hi+K2)C7}+Gi3,í

C»3«(Ft-2Ei)Ci+(F2-2Ea)Ca+(F32E3)C3-GiÇs/2-HaC?+ïïiE; cL=Fi С i +FaC2+F3C3-Gi Cs/2-Hi C7+C12 ;

Crí=FiCi+F2C2+P3C3-Gi(C»-CB)/4-Hi(C4-C?)/4+(Cu-6i3)/2; , (?.}

C66=(Fi~2Ei)Ci+(F2-2Ea)Cí+(F3-2B3)C3-Ga(C*-CB)/4-Hi(C6-Cv)/4+

f{Cii-Ci2)/2¡

críe-l(»i+Fi)Ci+(D2+Fa)Ca+(D3+F3)C3-(G1+Ga)(Ct-Cs)/4-

~(}Ii+Ha)(CÉ-C7)/4+(Cii-Ci2)/2,

где Ci=Cn+Caa-2(Cia+C6e);

Ca=C33+(Cia+C6í)-(Ci3+Css)-(0a3+Cí.i): Сз=(Си-С22)+2(С1з+2СБв)-2(Саз+2С44); С 4=(Cu-Ca2)+(Ci3+2CsE)-(C23+2G44); Cb-(Cí1-C22)+5(Cí з-Css}+4(C23-C44); Cü-3(Cii+C2a-2C33)+2(2Ci3-Ci3+Ca3)+2(2C6í-C44-Css); С'/=(Сл+Саз-2Сээ)+5(201я-С1з-С2з)-4<2Сбв-С4*-С44); Di»(AÍ4/36+A4O/6Í70 +AÏ4/I8IT+À20/21 íT3Wfo/70)/4; Da = ( ü o /3 ÏTO+À a 0/21 fTO+aS o / 35 )/4 ; P3=(Áía/7 1ÎÏÏ+À 4 a /6 ff+Д 2/21)712; • EI=4Á^4/6 7+А^о/7\1СГ)/12; Ег=-2Аяо/бЗ fÏÏT;

Ез=-Ага/252;

Ft =- (Ào4 /3 Í70+Aa 4/ 12fT+Áao/21 Гю+аоо/35 )/б; Fa^-2 ( ht о/ ffiT-.2aon/5 ) /63 ;

. Ь—(loa/ fm+AW2)/210; Hi-(eSo-{6lao/2)/210; На=(вЬо+15Хао/2)/210;

Gi=(3A22-(5Ä(S2)/210; Ga=(3A%2+ бАоз)/210;

Ann=]£ Omni- J an»; Aran=£ üron

Аналогично получаем выражения для модулей упругости тексту-рировинных материалов:

£>i in(Di+2Si )Si+(Da+2Ea)S3+(D3+2E3)S3+GtS43+HiSsK+Si 1; sIWDiSi+DsSs+DsSa+GsSi+IbSft+Si 1 ;"

S33=2f(Ei-Fi)Si+(E2-?2)S2+(S3-?3)S3-(Ci+Ga)Ss/2+(Hi+H2)S7j+5"iiS

sT2a-i(Di+?i)Si+(D2+?2)S3+(D3+?3)S3-(Ci+G2)Ss/2+(Hi4H3)S?45ia;

Si3=(Fi-2E;)S«.+(F2-222)Sa+(?3-2E3)S3-G2Ss-H2S7+5"i3:

sLsViSi+FaSa+Fsaa-GiSs-mSv+Sia, (3)

sl4=PiSi+P2S24P3S3-Gi(Si-Ss)/4-H(Se-S7)/2+(Sii-S'i2)/2;

Sssa(P1-23i)Si+(?2-2E2)Sa+(P3-2E3)S3+Gi(S*-Ss)/4-H1(Se-S7)/2+

S«««-t<Di+?i)Si+(D2+P2)S2+(D3+?3)S3-(G2vG1)(S*-Ss)/4-

-(Hi+Ha)(S6-S7)+(s"u-Sm)/2,

где Si=Sii+Sa2-(2Si2+S66);

S2-S33+(Si2+S6&/2)-(Si3-Sss/2)-(Sa3+S44/2); S3=-(Sn-Sa2)+(2Sj3+Sss)-(2S33+S4*); S4=3(Su-Sa2)+(Si3+Sss/2)-(Sa3+Si4/2); Ss=(Su-S22)45(S-S)+(S-S);

56-3(Sii+S2a-2S33)+(Si2-Sa3/2-Si3/2)+(Ss6-S4d/2-Sss/?);

57-(Sf j+Saa-2S33)+5(Si2-Si3/2^Sa3/2)-(Si2-Si3/2-Sa3/2).

Для квазиизотроплого поликристаллическото агрегата в выражениях (2) и (3) Ашп и Ann обращаются в ноль и мы получаем формулы для усреднения по Фойгту

С11=(3A+2B+4G)/5, &s=(A+4B-2C)/5

И Ройсу

Sji=ii(3A'+2B+CV5, Si 2Я12

ГД9 3A=Cti+Сга+Сзз; ЗВ=С1з+Саэ+С1э; ЗС=С4*+Сб5+Сй4;

3A=SII+S22+S33; 3B=Sia+Saa+Si3; 3c£S44+Ss6+Si6.

Следует отметить, что ФРО является инвариантной относительно преобразований симметрии кристалла и текстуры, вследствин чего • количество независимых ' коэффициентов разложения в ряд по обобщенным сферическим функциям становится значительно меньше. В таблице 1 приведены данные, показывании« влияния симметрии и текстуры на "отбор" указанных коэффициентов. Для аксиальных текстур последние становятся, равнши коэффициентам шаровнх-функций, и мы получаем формулы для аксиальных текстур. материалов с различной симметрией кристаллитов, которые совпадают с полученными нами ранее:

С и=Cit +С > аа+ЗСэал/Д; Сзз=С*11 -2Ciea+2Ca«4 5 Ci2=l?ia+C2aa+C3<ii/4:

Cie3=Ci я-Сяаа/г-Сзад;

_ - 21 ~

С44=(6"и-С1я)/2-(С1-С2)а2/4-Сза4,

где аз и ал-коэффициенты, характеризующие степень упорядоченности кристаллитов, которые равны амплитудам при втором и четвертом членах разложения ФРО по.шаровым функциям, а коэффициенты Ci, Са

-21 -

ц Сэ определяются соотношениями

С1=[3(А-Сэз)-(В-С12)-2(С-Слб)]/35; С?=Г (А-Сзз)-5(Й-С1 ?)-»-4(О-Слл))/35; Сз=[(9А+5Сэ э)-5(В-С1 а)-4(12С-5С« л)]/630.

Таблица 1.

Влияние симметрии текстуры и кристалла'на "отбор" коэффициентов атп обобщенных сферических функций

"■\Сииметрия Сии>\кр;ют. текстурй\ г ^ч^ индексы Триклннная Моноклпн., Орт 0 рС1! б. Тв-граго- нальнзя Трмгональ-нзя Кубическая

Орторокби-ческая 1 2К ». 2К ' 2к '41с

га 2К '¿к 2к 2к.......

51 2к 4к Зк 4 К

Тетрагональная Л ¿к 2к Ик 2к

а о 4к . " 4к 4к «к

п 2к Лк Зк 4 К

Грнгояальная 1 ■ 2к 2к 2к

я 3!{ Зк "' Зк...... 4К

п 2к 4к Зк ДК

¡Еубаческря } 4к 4к 4к-

п 4к 4к 4К 41с

п • 4к 4К 4к 4к

Аксиальная 1 '¿л ас 2к 31

я .0 0 ......'0' 0

п ж 4к 311 4к

Изотропная 1 0 0 0 0

ш 0 .......... 0 0 0

11 0 0 9 0 У

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В данной работе исследовано1 формирование текстур в ОЦК И ГШ металлах, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований физико-механических свойств текстуриро-ванних поликристаллических агрегатов основные результаты могут быть сформулирован»! следующим образом:

1. h'a основании анализа рентгенографических исследований экспериментальных данных по прокатке монокристаллов, отклоненных кристаллографической плоскостью (110) от плоскости прокатки вокруг поперечного направления было установлено.что:

а. Текстура центральных слоев монокристаллов с ИТ расположенным между [Т131.И [ГШ формируется практические одинаково, как ври холодной прокатки, так и с подогревом до 480°С и, при различных диаметрах валков прокатного стана;

б. яа поверхности исследованных монокристаллов возникает асимметричное расположение ориентировок текстур деформации, ха-pf.ir.Tep формирования которой зависит от режимов пластической деформации (диаметра валков, температуры прокатки, условий смазки и т.д.).

2. Исследована текстура деформации и ТО, а также механизм Фазовых превращений в магнитно-полужестких сплавах на основе железо-никель. Путем варьирования текстуры и количества магшшюГ и немагнитной Фаз в процессе многократной прокатки получена требуемые магнитные свойства. Дана технологическая схема получения их и сплаве Fe-Nl-Cu, не имеющего дорогостоящих кобальтовых добавок.

3. Исследована текстура порошковых высоколегированных железо-кремний и железо-алюминий магнитно-мягких сплавов. ,

4. Приведен развернутый анализ усреднения физико-механических свойств текстурованнмх материалов, оценена их сравнительная точность и обоснована рациональность использования тех или иных способов.

5. Используя Функцию распределения ориентации кристаллитов поликристалличеекого агрегата были получены формулы для определения упругих и магнитных свойств для статистически анизотропных поликристалл'.'.^, сеотоедих из кр^тяплитов различной симметрии.

-.23 -

Основные результаты диссертации отражены в слппутих публикациях

1. Дергач В.В.. Козлова Т.Н., Комиссарчук If.В., Раевская М. К., Щепачев С.Г. Влияние режимов деформации на свойства магнит-но-полуяестких сплавов на желадоникелеевой основе //Труды ЛТГЛ 359. 1977 г. -G.94-96

2. Талашкевич И.П., Дергач В.В. Упругие постояинне аксиальных .текстур металлов •// Известия ВУЗов,'серия Физик;), 7, 1979 г. -С.117-119

3. Казадиан Л,Б., Сплышкевя В.Ф., Дергач Р.В, Асю.»*отрия тзксур д*&зрт<}щи «опокристалло« крс-мннстого // Уявпетая А:Н. СССР, серил фигичезкая, г.43, 7. 1979 г. .-0. 1385- 13S7

¡1. Павлов Н.Н., Снлнгиког-а Е.Ф., Беглов В-.М., Семенч1шск'.«й Н.М. Дергач В.В. Текстура прокатки и откыга »/згнвтшгкнх сплавов if Тз&нсы докладов 3 Всесоюзной конференции по тексту рал; и рекристаллизации в металлах.и сплавах, Красноярск 11-13 пкш 1980 г.

5. Казадкан Л'.Б., Спльникова Е.Ф., Дергач В.В. Текстурсбра-зовани* при прокатке монокристаллов Ре - 3 % Si по плоскости (110) // Там ха. -С.■664-65

6. Григорьев А.К., Сальникова Е.Ф., Дергач В.В., Раевская М.Н. Текстура деформации и термической обработки магнитно-полужестких сплавов на железо-никелевой основе // Там же. -С.377

7. Комиссарчук Н.В., Дергач В.В., Раевская М.Н. Влияние многократной прокатки нь магаитные свойства магнитно-полужестких сплавов на основе железо «ль // Там же. -0. 378

8. Дергач В.В., Реевекаи М.Н. Фазовые превращения в магнитно-полужестких сплавов на железо-никелевой основе // Там же -С 149

9. Ееглов В.М., Глезер A.M., Дергач В.В., Семенчинекий Н. М., Сальникова Е.Ф. Текстура холоднокатаных порстаовчх полос, высоколегированных упорядочивающихся Fe-Sl-n Fe-Al-ciuKmoB // Металловедение и т'ермическая обработка, 3, 1986 г. -С 48-50

10. Григорьев А.К., Сильшкова Е.Ф., Дергач В.В. Исследование изменений текстуры при фазовых превращениях в сплаве Ге-Ш-Си // Тезисы докладов 4-ой Всесоюзной конференции .по текстурам и рекристаллизации в металлах и сил а* ах, г.Горький: ПП1, (ояз г. -О.лз

! 1. Толйштч 11.1L, Дергач В.В. Упругае свойства текстурн-р(1!,»1и.ш/. материалов // Тезисы докладов научно-технической конфо-]1»яции с мокдунпродным участием - Проблем техники к технологии 21 веко. Красноярск, ЮТУ. 1994 г. -С.46

Подл, в печать 20.11.95 Заказ 830.. Тираж 100 экз. Отпечатано на ротапринте КГТУ 660074, Красноярск, ул.Киренского, 26