Введение к работе
Актуальность работы. Пластинчатая структура в некоторых материалах на основе титана, никеля, алюминия проявляет высокую термическую стабильность, что позволяет использоеато их в качество жаропрочных. Однако в других, например в перлитных сталях, при от*ига достаточно быстро развивается сфероидизация. Материалы со сфероидизиро-ваиной структурой показывают противоположные свойства, в частности, сверхпластичность. Таким образом, изменяя форму частиц, можно в широких пределах регулировать механические свойства двухфазных матери->лов Чтобы полностью использовать эту возможность необходимо ясное тониманил закономерностей, обусловливающих образование той или иной (юрми чисті; при высокотемпературной обработке В этих условиях упругие напряжении быстро р'-ланенрупт, поэтому преобладающим фактором становится анизотропия м<:«'|ачко:', зкергии С действием этого фактора вязыватт. в частности, высокую термическую стабильность пластинча-ых структур. Однако влияние анизотропии межфазкой энергии на форму шетиц и ее стабильность подробно не анализировалось. Отсутсвие яс-:ости в этом вопросе сд^рктает . решение общей задачи управления труктурей двухфазных материалов и, в том числе, не позволяет пол-остыл выяснить причини различной термической стабильности пластин-атих структур Следует отметить, что изучение проблемы стабильности преобразования пластинчатых структур, кроме развитии фундпменталь-ых представлений о закономерностях формирования структуры двухфяз-ых систем, имеет прямое практическое приложение. С одной стороны, ко дает основу для разработки новых жаропрочных материалов на базе .тествешшх композитов, а < другой стороны, позволяет ВЫЯВИТЬ КЯЙ- эффективные пути подготовки мелкозернистой равноосной струн-
Дис<:ертацнонкая работа выполнена по теме "Исследование струк-гриих особенностей Формирования мелкозернистой микроструктуры в юмчзіленных сплавах" в рамках Общесоюзной научно-технической прог-імми 072.09 "Сверхплястичность" по постановление ГК11Т К2405 от .09 В6 г (номер госригистрации 0137207) и комплексной программы ояыщдиие надежности машин" (номер гоерчгистрации 00
Целью работы являлось изучение наиболее общих закономерностей. уелавлив->»пих стлоилыю'-ть и преобразование пластинчатых структур и высокотемпературной обработка.
В работе были поставлены следующие задачи:
-
Анализ влиянии анизотропии межфазной энергии на равновесную форму частиц и поведение двухфазных систем при отжиге.
-
Изучение ка примере титановых сплавов особенностей поведения пластинчатой и равноосной структуры при высокотемпературной обработке и их связи с анизотропией межфазной энергии.
-
Анализ термодинамических закономерностей преобразования пластинчатых структур.
-
Изучение факторов, влияющих на формирование канавки растворения на межзеренной границе и эффективность процесса деления пластин.
Научная новизна. Выявлены общие закономерности, ответственные за образование и стабильность сферической и пластинчатой формы частиц з двухфазных материалах при высокотемпературной обработке. Установлено, что для материалов с высоким уровнем анизотропии межфазной энергии характерны следующие особенности поведения: тенденция к преобразованию равноосной структуры в пластинчатую, высокая термическая стабильность пластинчатой структуры и необходимость рекристаллизации для ее преобразования в равноосную. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что в материалах с высоким уровнем а-изотропии межфазной энергии и равноосной структурой при длительном отжиге происходит зарождение новых частиц с "особыми" низкоэнергетическими межфазными границами, в результате чего ее морфология преобразуется в пластинчатую. Установлено, что необходимым условием преобразования пластин в материалах с высокой анизотропией межфазной энергии являемся создание термодинамического стимула к сфероидизацни, который достигается в ходе рекристаллизации устранением ориентационного соотношения фаз. Получено общее решение задачи о равновесном профиле канавки растворения на межзеренной границе, учитывающее изменение объемной свободной энергии. Выявлены закономерности формирования канавки, обусловленные влиянием свойств материала и его состояния. Экспериментально показано, что создание в титановых сплавах фазовой норэвновесности является эффективным средством ускорения трансформации пластинчатой структуры.
Практическая значимость. Полученные Е работе теоретические и экспериментальные результаты способствуют более глубокому пониманию suuo'ioHepiiociuB, обуславливающих формирование пластинчатой и равно-0'.:нзй dp; ктуры в двухфазных материалах г.рн высокотемпературной ой работки. Они мечут Сын. игпольчлвдни при разработке жаропрочных ..:иш'.>ь ; j'ioBb'UcH.'K.-R тершьнн'кий ci ;if. и.илю.л ью Сформулированы ос-
новіше условия, необходимые для преобразования пластинчатых струн-тур. Выявлены факторы, активизирующие деление пластин на части. Все это дает основу для разработки наиболее эффективных способов преобразования пластинчатой структуры в таких практически вг.*;шх материалах, как перлитные стали и титановые сплавы. На защиту выносятся :
-
Данные о влиянии анизотропии межфаэчоЯ энергии на рзвнорес-нуто форму частиц и поведение пластинчатых структур при отжиге.
-
Результаты экспериментального исследования зполгаипи равноосной и пластинчатой (а+0) структуры титановых сплавов при высокотемпературной обработке.
-
Результаты анализа термодинамических закономерностей преобразования пластинчатой формы частиц в сферическуе.
-
Данные о влиянии свойств материала и ого исходного состояния на формирование канавок ргстворелия и активность деления пластин пп межзеречным границам.
Апробация результатов рабсты. Основные результаты работы были доло»акы и оосу*денм на
3 Зсесоюзнои конференции "Гппрхпл'астичность металлов", Тула. 1966Г
5 Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в метг.лл»* и сплавах". Уфа. 19В'' г.
Всесоюзной семинара "Физнкч-трхнологичаскив проблеми поверхности металлов", Череповец, 1'?ва г.
Международной конференции "Рекристаллизация в металлических материалах", Австралия, Воло.чгонг, 1с;!50 г.
Публикации По результатам выполненных исследовании опуОликора-мо 6 статей з aapv'Je.KHcii и центральных журналах.
Сбт-он работ!!. Диссертации состоит из пеедемия, пяти глав, пыпе-до'і, списка литературы из 76 наименований, приложения, нэлоуанп нл 125 страницах, вкмечает 41 лнеунон і! 3 таблицы.
СОДЕРЖАНИЕ J-'AEOTH. Ее введении пбосиопнваетсч актуальность темы, формулируется цель рнбот.ч, Є такте резуїготптн. виноснмыч на защиту.
і . 0D30? ЛИТЕРАТУР!! В первом разделе гг.чви рчгскогрен-J результаты кс'.'чедопаит! тог-міпєсуоП стаб.чльчестн 'лят'?і:іичасі'ііх К'.чіпозчтог. Рре;;е~.гяленч кех.'і-
низмы их дестабилизации: нестабильность Рэлея, коагуляция (Ostnald r'ipening), миграция морфологических дефектов. Затеи изложена имеющаяся информация о влиянии анизотропии ыежфаэной энергии на их ста-бильності Показано, что композитные структуры, обладающие анизотропией межфазной энергии, более стабильны. Это обычно объясняет стабилизацией исходного плоского состояния границы раздела из-за ориента-ционной зависимости удельной межфазной энергии. Вместе с тем различие в поведении пластинчатых структур можно также объяснить различием в равновесной форме частиц, которая зависит от анизотропии межфазной энергии. Второй подход к оценке влияния анизотропии мевфаэной энергии на термическую стабильность пластинчатых структур ие получил однозначного подтверждения, но, поскольку он не противоречит известным экспериментальным данным и термодинамическим представлениям, выглядит более перспективным.
Во втором разделе главы приведены данные о стабильности деформированных пластинчатых структур. Сначала рассмотрены основные механизмы дестабилизации, связанные с воздействием деформации, в частности, различные механизмы деления пластин на части: по межяеренкым границам, по скоплениям дислокаций, в результате механического сдвига и т.д. Отмечена возможность сильной активизации диффузии в результате деформации, а также устранения исходного ориентационного соотношения фаз при взаимодействии возникающих межэеренных границ с межфазиыми. Экспериментальные данные показывают, что дополнительная деформация материалов, склонных к сфероидизации при отжиге, существенно ее ускоряет. Однако в материалах с пластинчатой равновесной формой, например в титановом сплаве ВТ9, сфероидизация развивается только пооле достаточно больших степеней деформации. Высказано предположение о том, что значимость того или иного механизма дестабилизации зависит от того, какая форма частиц является равновесной в данном материале, ко в любом случае в преобразовании пластин при высокотемпературной обработке велика роль деления по межзеренным границам. В заключительном разделе сформулированы задачи диссертационной работы.
