Введение к работе
.-3-
\ктуалыюсть. темьг.
В последнер время область исследований упругих и неупругих свойств расширилась в связи с разработкой нового класса (Гльтрамелкозернистих (УМЗ) материалов, включающего материалы с ііанокристаллической (ПК) и субмикрокристаллической (СМК) структурой. Было обнаружено, что эти материалы проявляют ряд необычных свойств. Главной особенность» структуры этих материалов является рольшая протяженность границ зерен (ГЗ), которые могут находиться в неравновесном состоянии и быть ответственными за аномалии физических и механических свойств.
Недавно было установлено, что а нанокристаллах наблюдаются существенные изменения упругих и неупругих свойств. .Однако к настоящему времени имеются лишь отдельные сообщения об упругих и неупругих свойствах УНЗ материалов, а частности не выясненными остаются влияние размера зерен и состояния ГЗ. Это делает необходимым проведение систематических исследований влияния указанных параметров на упругие и неупругне свойства, а также изучение температурной зависимости рассматриваемых свойств, что является важным для понимания, прнродц процессов приводящих к изменению этих свойств. В этой связи, работа, посвященная исследованию механизмов неупругих и упругих явлений в СМК материалах п зависимости от размера зерен и состояния ГЗ является актуальной.
Отмеченные выше эксперименты были выполнены нз нанокристаллах, получаемых методами порошковой металлургии, существенным недостатком которых является наличие некоторой остаточной пористости в образцах, что могло значительно повлиять на результаты исследований. В этой связи, разработанные в. последние годы методы получения беспористых СМК материалов за счет больших пластических деформаций открывают новые возможности изучения упругости и неупругости. Однако, получаемые УМЗ образцы имеют обычно малые геометрические размеры и не могут быть использованы для систематических исследований рассматриваемых свойств в широком интервале частот. Поэтому существовала необходимость разработки простого и универсального метода, обеспечивающего получение однородной СМК структуры в достаточно массивных полуфабрикатах. Цель настоящей работы - изучение акустическими методами упругих и неупругих свойств в СМК меди и никеле, полученных после больших
пластических деформаций, и анализ их поведения' на основе даниьп
структурных исследований. v
Научная новизна диссертационной работы заключается в тон, что
используя метод равноканалыюго углового (РКУ) Прессования, получены массивные образцы Меди и никеля с однородной беспористоі структурой со средним размером зерен 0,1-0,2 мкм.
обнаружено, что в СМК меди И никеле происходит значительное снижение модулей упругости Юнга и сдвига (соответственно на 13 \ 12%), по сравнению с крупнозерностым состоянием. Для объяснение этих аномалий упругих свойств предложена модель, основанная in представленнях о неравновесных границах зерен и связанной с нині "зернограничной" фазе.
установлено, что на температурной зависимости внутреннегс трения СМК меди, в интервале температур 125-175сС, наблюдается пій ВТ, связанный, очевидно, с процессами возврата неравновесных ГЗ.
- обнаружено, что уровень ВТ и СМК меди являете»
амплнтуднонезайнсимым до 7=10" и примерно в 5 раз прєвшіаєі
уровень для крупнозернистого состояния; предполагается, что высоки!
уровень фона ВТ обусловлен большими внутренними напряжениями,
связанными с неравновесными границами зерен И ответственен зг
высокую демпфирующую способность этих материалов при одновременно!
высокой прочности.
Научная и практическая ценность. Развитый в работе метод получение СМК структуры методом РКУ-прессопапия позволил получить массивные образцы в чистых металлах, что открывает принципиально новые возможности исследований УНЗ материалов. Обнаружена зависимості упругих свойств от размера зерен и их состояния, что позволяет глубже попять механизмы влияния границ зерен на свойства реальны} металлов. Полученные результаты должны быть учтены такие і инженерных расчетах деталей, полученных из У!.*3 материалов. Данные исследований неупругих свойств ванны для понимания процессої внутреннего поглощения энергии в УИЗ металлах. Установленное повышенное демпфирование в СМК чистых металлах при высоко! прочности может иметь интерес для 'специалистов, занимающихо разработкой материалов с высокими демпфирующими свойствами. Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту.
1) Особенности формирования СМК структуры с размером зереї 0,1-0,2мкм и неравновесными ГЗ в массивных образцах ГЦК мсталлої меди и никеля при больших пластических деформапчях;
-
Эффект значительного (более 10%) снижения упругих модулой в исследуемых СМК металлах, связанный с неравновесными границами зерен;
-
Обнаружение высокого уровня фона внутреннего трения в СМК металлах, связанного с границами зерен и позволяющего использовать их в качестве высокодемпфирующих материалов.
-
Экспериментальные, доказательства связи необычных упругих свойств УМЗ металлов с неравновесными границами зерен и модельные, представления, развитые на основе модели о двухфазном строении УМЗ материалов, причем зернограничная фаза не только имеет эффективную толщину в несколько раз превышающую кристаллографическую ширину границы, но и обладает меньшими (по сравнению с зеренной фазой) значениями модулей упругости.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XII Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбьппев, 1989), V Всесоюзном семинаре по структуре дислокаций и механическим свойствам металлов и сплавов. (Свердловск, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции по производству, применению и свойствам медных сплавов общего и специального назначения (Москва, 1990), VI Всесоюзной конференции по текстуре и рекристаллизации (Свердловск, 1991), VI республиканской научно-технической конференции по демпфирующим металлическим материалам (Киров, 1991), V Всесоюзной конференции по сверхпластичности неорганических материалов (Уфа, 1992), 6 Международной конференции по межзеренным и межфазным границам (Греция, 1992), 1 международном семинаре по эволюции дефектных структур в металлах и сплавах (Барнаул, 1992), XIII Всесоюной конференции по физике прочности и пластичности. (Самара, 1992), 3 Европейской конференции по материалам и процессам (Страсбург, Франция, 1992), на научных семинарах ИПСМ РАН.
Публикации. Материал- диссертационной работы отражен в 21 публикации. Из них 7 статей и 14 тезисов конференций. Список основных работ приведен в конце автореферата.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав/ выводов и списка литературы (170 наименований). Общий объем диссертации состдвляет 129 страниц, из них 93 страницы основного текста, 1 таблица, 26 рисунков.
