Введение к работе
'
Актуальность темы. С развитием техники все большую значимость начинают приобретать нетрадиционные металлические материалы, такие как интерметаллиды. С точки зрения теории химических соединений они представляют собой промежуточные материалы между керамиками и металлами и обладают вследствие этого как металлическими, так и керамическими свойствами. Многие из них отличаются высокой жаропрочностью, жаростойкостью, антикоррозионными и антифрикционными свойствами, в.чем значительно превосходят обычные металлические материалы. Тем не менее большинство интерметаллидов "все еще не нашло широкого применения. Причина этого -особенности их механического поведения, в частности, хрупкость при комнатной и низкая технологическая пластичность при повышенных температурах. Между тем, механическое поведение упорядоченных сплавов во многом обусловлено свойствами индивидуальных дислокаций, закономерностями дислокационных.реакций, а также характером взаимодействия дислокаций с естественными препятствиями, которые.они встречают в поликристалле - границами зерен и антифазных доменов. В этой связи важным является развитие представлений о влиянии различных структурных факторов на механическое поведение интерметаллидов. Однако успехи, достигнутые в данном направлении, связаны, главным образом, с использованием металлургических методов воздействия на структуру, которые отличаются высокой трудоемкостью и не всегда оказываются достаточно эффективными.
Вместе с тем, как показано в ряде работ, изменяя размер зерен и структуру границ зерен-, можно в значительной степени влиять на механические свойства упорядоченных сплавов в. поликристаллическом состоянии как при комнатной, так и при повышенных температурах. При этом, по-видимому, меняется.характер взаимодействия дислокаций с границами зерен, что оказывает существенное влияние на действующий в интерметаллиде механизм деформаций- - дислокационное скольжение и -его характер, механическое двойникование, зернограничное проскальзывание (ЗГП). Отметим, что вопрос о связи механических свойств и механизма деформации в упорядоченных сплавах систематически не исследовался. Несомненный интерес в этом направлении, представляет область малых размеров зерен и, в частности, идея достижения критически малого размера зерен (d Данная диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР института проблем сверхпластичности металлов РАН по теме "Исследование влияния структуры на механизм деформации и механическое поведение алюминидов титана и железа в широком ::интервале температур". " Цель работы, Систематическое исследование влияния размера зерен и структуры границ зерен на механические свойства и механизм деформации интерметаллида при комнатной температуре, в области хрупко-вязкого перехода (ХВП) и условиях сверхпластичности (СП). В работе были поставлены следующие задачи: 1. Исследование эволюции микроструктуры упорядоченного сплава в процессе горячей деформации и разработка на основании .этого режимов формирования субмикрокристаллической (d 2. Изучение влияния размера зерен и структуры границ зерен .на дислокациям (ВЗГД). , 3. Исследование влияния размера зерен и структуры границ зерен комнатной .температуре, а также в области ХВП. Анализ соотношения Холла-Петча в широком интервале температур. ' 4. Изучение особенностей СП поведения упорядоченного сплава с субмикрокристаллической микроструктурой. Для достижения поставленной цели в качестве материала .исследования был взят ТІА1 (сверхструктура LI ). Этот сплав является типичным интерметаллидом с высокой энергией упорядочения: он хрупои и труднодеформируем. В то же время, для ТІА1 характерна сравнительно быстрая кинетика динамической ^рекристаллизации, чему благоприятствуют высокотемпературное механическое двойникование v относительно низкая энергия дефекта упаковки. Данное обстоятельстве весьма важно для получения массивного поликристаллического полуфабриката с высокой протяженностью границ зерен. Другим- преимущество* ТІА1 является относительная легкость реализации в нем специальные . ' (двойниковых) границ, поскольку множественное двойникование в эток интерметаллиде может быть вызвано в процессе 'высокотемпературногс .-отжига. Следует учесть и то, что степень дальнего порядка т)=1 у - постоянный фазовый состав в этом материале сохраняются до предпла- вильных температур, а высокая ї"дфГ препятствует возникновению Научная новизна! На примере ТІА1 впервые показано, что динамическая рекристаллизация может быть эффективно использована ' для формирования в интерметаллиде однородной субмикрокристаллической структуры (d Проведено систематическое исследование влияния размера зерен и структуры границ зерен на механическое поведение и механизм деформации интерметаллида ТІА1 при комнатной температуре, в области ХВП и условиях СП. Установлено, что уменьшение размера зерен и достижение субмикрокристаллического состояния ведет к резкому упрочнению интерметаллида при комнатной температуре, переходу от положительной- температурной зависимости предела текучести к обычной для металлических материалов - отрицательной, существенному снижению интервала ХВП и температуры проявления эффекта СП. На основе исследований абсорбционных и трансмиссионных свойств границ зерен, а также действующих механизмов деформации -дислокационного скольжения и его характера, двойникования, ЗГП дано объяснение механического поведения интерметаллида в области ХВП и при комнатной температуре. Выявлено, что повышение температуры' деформации, уменьшение размера зерен и доли двойниковых - границ зерен ведет к делокализации деформации . вследствие изменения характера скольжения, а также особенностей- взаимодействия дислокаций с границами зерен и росту пластичности. .Показано, что появление температурной аномалии предела текучести . при размерах зерен более 10 мкм также связано с делокализацией деформации. Установлено,. что в отличие от повышенных температур, при Показано, что реализация "низкотемпературной" СП в субмикро Практическое значение. Полученные систематические данные . о :.'_" влиянии размера зерен и структуры границ зерен на механизм " деформации и механическое Поведение ТІА1 углубляют представления "о роли границ зерен в таких фундаментальных физических явлениях, ' кг ХВП и СП. Разработанная на' -ТІА1 методика получения в массивнс полуфабрикате хрупкого материала, однородной субмикрокрийталлическс (с1<1"мкм) структуры, по-видимому, может быть использована д; других малопластичных материалов - интерметаллидов и керамш Реализация эффекта "низкотемпературной" СП в субмикрокристаллі ческом.ТІА1 и практическое отсутствие при этом порообразованш вероятно, окажется полезным для развития технологий СП формовки і интерметаллида сложнопрофильных изделий и .полуфабрикатов. IIj разработке сплавов на основе' ТІА1 необходимо учитывать устаної ленные в данной работе оптимальные с точки зрения низкотемперг турной пластичности структурные параметры ТІА1: размер зерен- 5-1 мкм'независимо от доли специальных границ. Разработанная на Тіі методика получения субмикрокристаллического состояния была успеші использована для Ті-33 вес.%А1, что позволило реализовать в этс интерметаллиде эффект СП при более высоких скоростях деформаці (~10~2 с"*) и впервые осуществить изотермическую прокатку- интерм,« таллида при весьма низкой температуре (СК68Т ) без применен! оболочек из жаропрочных сплавов. " На защиту-выносятся: Результаты изучения эволюции микроструктуры ТІА1 в процесс горячей деформации, позволившие получить в /интерметалли; субмикрокристаллический размер зерен. j Данные о влиянии на абсорбционные свойства границ зер< размера зерен и структуры границ зерен. Результаты систематического исследования влияния размеї зерен и структуры границ зерен на механические свойства и механи: деформации ТІА1 при комнатной температуре, а также в интервале ХВІ Результаты изучения сравнительных особенностей "обычной" ( деформации микрокристаллического (d~l мкм) и "низкотемпературно! СП деформации субмикрокристаллического (d~0:l мкм) ТІА1. Апробация результатов работы. Основные результаты диссертг ционной работы доложены и обсуждены на 12 Всесоюзной конференции г физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбишеї 1989), 4 Всесоюзной конференции по сверхпластичности металлов (Уфг 1989), на международной конференции "Recrystallization 92" (Sar Sebastian, 1992) и' на международной конференции "IUMRS-ICAM-9; (Tokyo, 1993). - , Публикации, Материал диссертационной работы отражен в 14 публикациях, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
их абсорбционные свойства по отношению к внесенным зернограничныы
на механические свойства и механизм деформации интерметаллида при
антифазных границ, затрудняющих исследования. ' '
комнатной температуре достижение субмикрокристаллического состояния
резко упрочняя интерметаллид также и охрупчивает его вследствие
развития механического двойникования, которое значительно уменьшает
длину свободного пробега дислокаций и приводит к хрупкому
интеркристаллитному разрушению. - ./ ' ~ .
кристаллическом ТІА1 позволяет резко уменьшить пористость, I
наблюдаемую после "обычной" СП деформации интерметаллида;. благодаря
снижению' напряжений на границах зерен и/ вследствие этого
вероятности зарождения пор. "/''' ' "
пяти глав, выводов и списка литературы из /7-(л наименований.Похожие диссертации на Исследование влияния размера зерен и структуры границ зерен на механическое поведение интерметаллида TiAl
