Введение к работе
Актуальності» работы. Необходимость получения материалов с новыми физическими и аническими свойствами повлекла за собой разработку отличных от традиционных мето-модификации свойств металлов и сплавов, основанных на интенсивных внешних воздей-иях, к которым, в частности, относятся обработки концентрированными потоками энер-с использованием пучков заряженных частиц, плазмы или лазерного облучения и методы ененвной пластической деформации (ИПД).
Характерные для таких способов воздействия высокий уровень энерговложения, ьшие скорости протекания газодинамических и термо-механических процессов в случае окоэнергетнческой лучевой обработки, значительные деформации при относительно низ-температурах и высоких приложенных давлениях в случае ИПД являются условиями, в орых могут качественно измениться механизмы релаксации напряжений с преимуще-:нным развитием коллективных мод такой релаксации и формированием новых высоко-ектных структурных состояний.
Поскольку механизмы формирования таких состояний могут существенно отличаться тйденных при обычных методах деформирования или термообработки, при их изучении, іимо чисто прикладных аспектов изучения состояния твердого тела после указанных выше енсивиых обработок, возникают интересные задачи фундаментальных исследований. При и чрезвычайно интересным является вопрос о принципиальной возможности формирова-новых высоконеравновескых дефектных субструктур как в условиях интенсивных внеш-воздействий, так и при традиционных методах обработки. В частности, оказалось, что лективные моды деформации и новые типы субструктур с сочетанием сдвига, поворота кривизны решетки при обычных условиях деформации могут реализоваться в высоко-чных состояниях. В коллективе СФТИ были развиты представления о том, что это яв-гся результатом подавления процессов релаксации локальных напряжений в зонах кон-граторов путем некоррелированного движения дислокаций.
Ограниченные времена релаксации в условиях динамических и квазистатических на-кений, генерируемых мощными ионными пучками (МИП), и глубокие деформации, до-аемые при использовании методов ИПД, могут также являться факторами подавления токационной релаксации напряжений и реализации высокопрочного состояния, а следо-:льно приводить к активизации мезоуровня пластического течения, эффектам неустойчи-и, локализации деформации и формированию новых, специфических высокодефектных 'ктурных состояний типа субструктур с высокой кривизной кристаллической решетки.
Перечисленные эффекты представляют интерес для исследования как в плане выясне-законо мерностей формирования субструктуры для каждого из указанных типов воздей-ія, так и обобщения этих закономерностей для различных условий реализации низкой ективности дислокационной релаксации напряжений.
Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование особенно-фазово-структурных превращений и закономерностей пластического течения в различ-условиях энергетического воздействия (облучение МИП и ИПД), обеспечивающих низ-эффективность дислокационных (некоррелированным движением дислокаций) механиз-
мов пластического течения и активизацию коллективных мод мезоуровня деформации. 0( общение (с привлечением материалов разного класса и литературных данных) и системам зация этих закономерностей с выявлением характерных типов дефектных субструктур мезі уровня деформации. Анализ основных факторов и возможных механизмов реализации ко. лективных мод пластического течения в указанных выше условиях деформации.
Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:
-
Изучение закономерностей фазовых превращений и кратерообразования в процессе обл; чения МИП гетерофазных ванадиевых сплавов и монокристаллов МзАК Исследование фазі вого состава и характерных особенностей дефектной субструктуры внутри и в окрестное! кратеров; анализ возможных механизмов их формирования.
-
Электронномикроскопическое исследование особенностей формирования дефектной су( структуры дисперсно-упрочненного ванадиевого сплава и интерметаллида ЬПзА1 по всей гл; бине зоны модификации МИП. Изучение закономерностей реализации коллективных мс пластического течения в условиях активизации мезоуровня деформации в зонах модифик; ции МИП. Выявление формирующихся в этих условиях характерных типов субструктур и хі рактерных дефектов мезоуровня. Анализ основных факторов и механизмов их формиров; ния.
-
Изучение эволюции дефектной субструктуры сплава на основе NhAl в процессе ИПД. Вь явление на этой основе основных закономерностей и механизмов коллективных мод фра: ментации кристаллической решетки на разных масштабных уровнях. Полная структурна аттестация формирующихся при этом ультрамелкозернистых (УМЗ) состояний с детальны изучением особенностей дислокационно-дисклинационных субструктур объема и границ зі рен в материалах с разной дислокационной активностью (Ni, N13AI).
-
Обобщение результатов исследования закономерностей развития коллективных мод ді формации в различных условиях интенсивных внешних воздействий (МИП, ИПД). Вьіявлі ниє характерных типов субструктур, формирующихся в указанных выше условиях активиз; ции мезоуровня деформации; их структурная классификация; анализ основных факторов механизмов эволюции дефектной структуры в этих условиях.
Научная новизна.
-
Впервые проведено электронномикроскопическое исследование закономерностей кратере образования при облучении МИП сплавов на основе ванадия и NijAl. Показано, что внутр и в окрестности кратеров формируется неоднородная дефектная субструктура с высоко плотностью дислокаций и оборванных малоугловых границ, высокими значениями кривизн; кристаллической решетки и локальных внутренних напряжений. Экспериментально обоенс вано преимущественное зарождение кратеров на частицах фаз внедрения в сплавах на осної ванадия. Обнаружено увеличение размеров и снижение плотности кратеров с увеличение плотности мощности ионного пучка и числа импульсов облучения.
-
Установлено, что при облучении МИП сплавов на основе ванадия и ЫЬА\ результата ограниченных времен релаксации термо-механических напряжений в высокоскоростны условиях механического воздействия является активация коллективных мод мезоуровня д< формации, локализация пластического течения и формирование высоконеравновесны
ктурных состоянии с высокой кривизной решетки и высокими локальными внутренними жжениями и их градиентами. Проведена структурная классификация формирующихся этом зон локализации деформации, предложены их дислокационно-дисклинацнонные ;ли.
УМЗ Ni, №зА1 и зонах локализации деформации обработанных МИП сплавов на основе її и V обнаружены новые неравновесные структурные состояния с высокой плотностью иц с переменными векторами разорив!ггации и высокой неоднородной (Vx^ * 0) кривиз-решетки. Предложены модели этих состояний как плоских скоплений непрерывно рас-.еленных частичных дисклинаций (дислокаций Соинлианы) в границах разориентации и труктур с высокой континуальной плотностью дисклинаций в объеме субмикрозерен и >с локализации деформации.
эказана общность высокодефектных структурных состояний, формирующихся при облу-и МИП и интенсивной пластической деформации. Предложена дисклинационная модель лизации ротационной моды деформации как процесса коллективной релаксации высо-токальных градиентов (моментов) напряжений в указанных выше субегруктурах дискли-юнного типа.
шая и практическая значимость.
олученные в диссертационной работе результаты и развиваемые на их основе дислока-ino-дисклинационные модели высокодефектных субструктур могут быть основой для иза таких вопросов физики прочности и пластичности, как физическая природа активи-и мезоуровня пластического течения, механизмы коллективных (в том числе ротацион-
мод деформации, процессы локализации деформации и разрушения в различных усло-
механнческого воздействия.
шные о закономерностях кратерообразования, изменения фазового состава и дефектной груктуры поверхностного слоя при облучении МИП представляют практический интерес эазработке и оптимизации методов ионно-лучевой модификации служебных свойств по-гіости металлических материалов.
зультаты исследования закономерностей фрагментации кристаллической решетки при нсивной пластической деформации и особенностей формирующейся при этом дефектной груктуры объема и границ зерен могут быть использованы при разработке новых техно-й создания нанокристаллических и ультрамелкозернистых металлических материалов и шип у выносится следующие положения:
еспериментально найденные при облучении мощными ионными пучками сплавов на ве V и NbAl закономерности кратерообразования, заключающиеся в увеличении разме-
ров и снижении плотности кратеров с увеличением плотности мощности ионного пучі числа импульсов; преимущественном зарождении кратеров на частицах фаз внедрения в надиевых сплавах; формировании внутри и в окрестности кратеров неоднородной дефект субструктуры с высокой плотностью дислокаций, оборванных малоугловых гра (дисклинаций) и высокой кривизной кристаллической решетки.
2. В высокоскоростных условиях нагрева-охлаждения поверхностных слоев облучасі
мощными ионными пучками сплавов на основе ванадия и ЬІІзАІ одним из основных мехаї
мов релаксации термо-механических напряжений является активация коллективных
пластического течения и образование зон локализации деформации с сочетанием сдви
непрерывными и дискретными разориентациями кристаллической решетки, наличием bl
ких локальных напряжений и их градиентов. Результаты аттестации дефектной субструкт
на различном расстоянии от поверхности облучения.
-
Обнаруженные в зонах локализации деформации обработанного мощным ионным пуч сплава на основе ІчІізАІ новое структурное состояние с высокой неоднородной кривиз кристаллической решетки. Модель этого состояния, как субструктуры с высо континуальной плотностью дисклинаций.
-
Экспериментальное обоснование нано-, микро- и мезомасштабного уровней фрагмента субструктуры сплава на основе ЇЧізАІ при интенсивной пластической деформации кручен под давлением и формировании ультрамелкозернистого структурного состояі Характерные типы дефектных субструктур, формирующихся в процессах фрагментации микро- и мезомасштабном уровнях. Высокая анизотропия разориентировок в указані выше состоянии как результат анизотропии полей смещений при кручении.
5. Общность формирующихся при интенсивной пластической деформации в услов
кручения под давлением, равноканалыюм угловом прессовании и локализации деформа
при воздействии мощных ионных пучков высокоэнергстических дефектных субструкту
кривизной-кручением и дискретными разориентациями решетки дисклннационного ті
Структурная классификация таких дефектных субструктур и их дислокацион
дисклинационные модели.
Апробация работы: Материалы работы доложены и обсуждены на: IV межгосух ственном семинаре "Структурные основы модификации материалов методами нетрадици ных технологий". - Обнинск, Россия - 17-19 июня 1997г.; II Международном семин "Современные проблемы прочности" имени В. А. Лихачева. - Старая Русса, Россия. - 5-9 тября 1998 г.; 12th International Conference on "High-Power Particle Beams - BEAMS'98 Haifa, Israel. - June 1 - 12, 1998; Международном рабочем совещании "Investigation Application of Severe Plastic Deformation". - Moscow, Russia. - August, 2-6, 1999. Опубликс ны тезисы в сборниках информационных материалов этих конференций.
Публикации. По материалам диссертации в международных и российских центра ных журналах и сборниках трудов международных конференций опубликовано восемь с тей. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Построение и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, п
лав и заключения; содержит 55 рисунков, 2таблицы и список цитируемой литературы из 244 наименований. Общий объем диссертации 242 страницы.
