Введение к работе
Актуальность темы. Исследование сверхпластичности (СП) представляет интерес для создания принципиально новых технологий, для обработки труднодеформируемых мате налов (керамики, интерм лллли-дов, композитов) и повышения их эксплуатационных свойств. Однако, отсутствие развитой физической теории СП не позволяет расширить возможности применения этого уникального явления. Наиболее прямой путь к пониманию природы СП - изучение явления на специальных модельных материалах, одним из которых является сплав Zn-22%A1.
Согласно большинству моделей сверхпластическая деформация (СПД) осуществляется проскальзыванием по границам зерен, которое сопровождается дислокационным движением и диффузионными процессами При этом утвердилось мнение, что эти процессы реализуются равномерно во всем объеме материала. Такой подход не объясняет многих экспериментальных фактов таких, :ак сохранение формы отдельных зерен при перемещении их на значительные расстояния, возникновение "полосчатых" (диффузионных) зон на двухфазных границах в различных сплавах, и в частности, в сплаве Zn-22%A1.
С точки зрения механики деформации твердого тела макроскопическая деформация не может быть однородной и должна осуществляться макроскопическим сдвигом. Следовательно, для понимания природы сверхпластичности необходимо найти связь между макроскопическим поведением СП материала и микроскопическими процессами. происходящими в нем. Для этого требуется получить экспериментальные данные на разных структурных уровнях - макроскопическом, мезоскопи-ческом и микроструктурном. Основная концепция заключается в том, что кооперация большого числа взаимодействующих структурных элементов определенного уровня приводит к проявлению некоторого ансамбля как структурного элемента более высокого масштабного уровня Применительно к сверхпла;:тичности эта концепция мотет бить определена как изучение достаточно больших ансамблі!;; вччимодоіі
ствующих зерен на всех уровнях исследования. Решение такой задачі требует разработки и применения специальных методов исследования
llevub работы. Настоящая работа посвящена исследованию локализации сверхпластической деформации на разных структурных уровнях,
В работе были поставлены следующие задачи:
1.Показать, как может осуществляться сверхпластическая деформация в виде сдвига, учитывая при этом, что зернограничнос проскальзывание (ЗГП) является основным механизмом СПД.
. 2. Установить связь между структурными изменениями и механическим г введением материала, деформированного в условиях сверхпластичности
3. Объяснить, как происходит перемещение зерен на большие расстояния, т.е. накопление зерен в направлении растяжения при одновременном уменьшении их количества в поперечном направлении.
4.Каким образом осуществляется аккомодация таких перемещений.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые сделано следующее:
Благодаря использованию:
-разработанной методики наблюдения локализации СПД за счет различия исходной и "новой" поверхности, появившейся в ходе деформации ,
. -методики прицельной съемки больших зеренных ансамблей,
-применению специальных режимов при работе в растровом электронном микроскопе (РЭМ),
получены данные, позволяющие по-новому представить развитие деформационных процессов при СП течении. А именно: ,
1.Установлен факт осуществлении кооперированного ЗГП при СПД
2.Экспериментально показано, что СПД осуществляется путем зарождения и развития деформационных полос (ДП). В результате развития ДП происходит разбиение материала на большие группы зе-
рен, которые перемещаются в объеме материала как самостоятельный структурный элемент, что и обеспечивает непрерывное течение и большие пластические деформации без изменения формы зерен.
3. Предложена модельная схекч перемещения групп з рон за счет макроскопических сдвигов по деформационным полосам, которая может стать основой в новых теоретических разработках моделей СП.
Практическое значение. Полученные результаты представляют интерес для развития физики твердого тела, позволяют глубже понять природу СПД, которая осуществіяется за счет макроскопических сдвигов по деформационным полосам. Предложенная схема перемещения больших групп зерен за счет развития деформационных полос может быть использована при теоретических разработках модели СП, учитывающей неоднородный характер развития сверхпластичности.
На основе системного анализа методик расчета вкладов различных деформационных механизмов в общее удлинение показано, что традиционные методики, не учитывающие мезоскопическую неоднородность развития процесса СПД, приводят к некорректным результатам. Это необходимо иметь в виду при проведении количественных оценок вкладов.
На защиту выносятся следующее результаты и положения:
-
Данные, подтверждающие кооперированный и направленный характер зернограничного проскальзывания в условиях СПД.
-
Экспериментальные доказательства развития сверхпластического течения в виде полос локализованной деформации на разных структурных уровнях.
-
Результаты исследования влияния скорости деформации на развитие деформационных полос.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: I Всесоюзной конференции "Структура й свойства границ зерен" (Уфа, 1983): Семинаре "Физико- технологи ческие проблемы поверхности металлов" (Ленинград, Г.«ч'і). I '.'
союзной конференции "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов, (Куйбышев, 1986); III Всесоюзной конференции "Сверхпчастичность металлов", (Тула, 1986); II Всесоюзном конференции "Структура и электронные свойства границ зерен в металлах и полупроводниках", (Воронеж, 1987); 5 конференции "Сверхпластичность неорганических материалов" (Уфа-1992); IUMRS-ICAM-93 (Tokyo Japan, 1993); EMRS 1993 Fall Meeting, 4th European East-West Conference (ST-Petersburg, 1993); ICSAM (Moscow, 1994).
Публикации. Материал диссертационной работы отражен в 19 публикациях, список основных из них приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, ( пяти глав, выводов и списка литературы из 124 наименований. Диссертация содержит 132 страницы, 52 рисунка и 5 таблиц.
Работа выполнена при научной консультации к.ф.-м.н. В.В. Ас-танина .