Амплитудно-зависимые релаксационные эффекты при упругой деформации в сплавах на основе железа Сами Мохамед Мохамед Абдель-Кадер

Введение к работе

Актуальность проб іеш, В области упругой деформации у реальных эердых тел наблюдаема ряд отклонений от чисто упругого поведе-шя - проявляется нэупругость, то есть неидеадьная (неполная) уп-)угость. Вследствие этого при циклической деформаций наблюдается геобратшшй переход энергии упругих колебаний в тепловую энергии :вла и ее рассеяние. Различные механизмы превращения упругой энергии в тепловую объединены общим названием - внутреннее трение [ВТ). Затухание колебаний определяется действием многих атомных »еханизмов, причем конкретный вклад каждого-из них определяется юставом, структурой материала ^внешними условиями (температурой, іасготойи амплитудой колебаний). ВТ обладает в силу этого,¹ наря-г г/ о высокой чувствительностью, выоокой избирательностью по отно-иению к различным элементам дефектной структуры реальных кристал-юв. Изучение этим методом спектров механической релаксации в свердых телах позволяет получать информацию о процессах, протекавших на макроуровне, о которых получить информацию другими мето-посами зачастую невозможно;

Механизмы механической релаксации (ВТ), как правило, делятся. и две группы, одну из которых связывают с динамическим гистере-шсом (линейной вязкоупругостью), вторую - со статическим гистерезисом, в основе которого лежит нелинейная связь между приложен-пш напряжением и деформацией тела. Все механизмы, входящие в пер-зую группу, дейотвуют независимо от амплитуды колебаний (релаксационные, резонансные механизмы). Механизмы статического гистерезиса (дислокационный, магнитоупругий и др.), наоборот, обуолавди-зают амплитудно-зависимые эффекты. Механизмы первой группы дают надежный инструмент для получения данных о свойствах дефектов различного вида, времени релаксации и энергии активации процессов, изучение второй группы амплитудно-завиоимых механизмов, кроме по-пучения научной информации, полезш для ооздания материалов с аномально высокими (сплавы выоокого демпфирования) и аномально їизкими потерями. В связи с этим исследования, направленные на ізучение диссипации энергии в сплавах на основе железа, являющих-зя наиболее распространенными конструкционными материалами, пред-зтавляются важными и актуальными.

Цель диссертационной работы. Целью настоящей работы явилось доследование амплитудно-зависимых релакоационных эффектов, сопро-

вождающих фазовые превращения, изменения структурного и магяитн го порядка в сплавах Ре-С и Fe-AI.

В связи с указанной целью работы в диссертации были поставле вы следующие задачи исследования;

3. Установить закономерности амплитудной зависимости внутрен него трения вблизи точки Кюри карбидов типа РедС в высокоуглеро-дестых сталях, в которых аномалии ВТ наиболее выражены.

4. Провести электрохимическое выделение карбидных фаз из висі коуглеродистых сплавов Ре-С и Fe-C-Мгг , изучение их термическоп расширения в температурном интервале, включающем точку Кюри; со: меотный анализ температурной зависимости магнитных свойотв стру турно-свободного цементита и магнитных свойств высокоуглеродпс-тых сталей.

5. Изучить ранние стадии процессов упорядочения в сплаве Feg; и их взаимосвязь с релаксационным спектром внутреннего трения.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследованиі получены следующие новые научные результаты. Впервые проведены і раллельные исследования свойств сплавов Fe-C вблизи точки Кюри цементита и свойств выделенных из этих сталей карбидов типа Feg( Проведены комплексные исследования процессов упорядочения в сплг ве FegAI и особенностей его релаксационного спектра внутреннего трения. Е сплаве Fe^AI, находящемся в частично упорядоченном неравновесном состоянии, обнаружен новый амплитудно-зависимый релаксационный эффект (ВТ).

Практическая значимость работы. Полученные в настоящей работ! результаты способствуют выяснению механизмов релаксационных эффектов в сплавах на основе железа. Данные о внутреннем трении вблизи точки Кюри карбидов могут найти приложение в разработке сплавов с особыми демпфирующими свойствами и при выборе режимов их термической обработки. Результаты изучения упорядочения в сплавах Fe-AI могут быть использованы для оптимизации свойств М гнитострикционных материалов. Изучение теплового расширения выделенных из сталей карбидов железа и релаксационных свойств сталей вблизи точки Кюри карбидов Fe^C способствует выяснению механизмов аккомодации структурных составляющих сталей в условиях фазового перехода, изменения коэффициентов термического расширения фаз, что имеет не только научную, но и практическую значимость, в частности, при проведении термоциклической обработки сталей вблизи точки Кюри цементита.

На защиту вынооятся следующие положения:

1. Внутреннее трение вблизи точки Кюри карбидных фаз в сплавах
лезо-углерод при скоростях нагрева, меньше некоторой граничной,
ределяющей способнооть материала к релаксации тершчаских напря-
ний, характеризуется появлением зависящего от амплитуды дефор-
ции пика, имеющего не дебаевскуи,. а Я-форму.

2. Немонотонное изменение высоты обнаруженного пика внутренне-
трения в зависимости от скорости деформации свидетельствует о

м, что механизм его возникновения обусловлен вязким затуханием лизи точки фазового перехода 2-го рода, - в данном случае переда карбидов FegC и (Ре, Un )₃С из ферромагнитного в парамагнит-е состояние.

3. Условием появления амплитудно-зависимого релаксационного эф-кта в сплаве PegAI является наличие двухфазного, частично упо-доченного неравновесного состояния.

4. Процесс структурного упорядочения в сплаве PegAI в равнове-щх условиях обладает признакачи,фазового перехода 2-го рода. юрядочеяие того же сплава в неравновесных условиях, идущее по Щ DO, . сопровождается значительным объемным эффектом, резким ідением электрического сопротивления, появлением амплитудно-за-кшмого релаксационного эффекта, - т.е. обнаруживает признаки фа-івого перехода первого рода.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыза-юь на семинарах кафедры физики твердого тела ХГУ, 1-ом МевдуЕа-ідном семинаре по эволюции дефектных структур в металлах и сшш-IX (Барнаул, ЕЛИ, 1992 г.), на постоянном семинаре по релаксацд-шым явлениям в твердых телах (Воронен, ВПИ, 1993 г.), научной' інференции по физическим явлениям в твердых Tezaz (Харьков_; 217, )93 г.).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит і введения, четырех глав, заключения и описка использованной лл-фатуры, включающего IG8 наименований. Она изложена ка 127 стра-щах машинописного текста, содеряит 47 рисунков.