Введение к работе
з
Актуальность темы. Развитие многих отраслей современной техники невозможно без создания материалов с повышенными характеристиками механических и электрофизических свойств. Поэтому проблема упрочнения металлов была и остается актуальной и требует расширения объема фундаментальных и прикладных исследований по физике прочности и пластичности кристаллических тел.
Низкая прочность реальных кристаллов обусловлена наличием дефектов структуры и малыми критическими напряжениями движения дислокаций в кристаллах. Пластическая деформация, особенно при повышенных температурах, контролируется в значительной мере различными механизмами взаимодействия точечных дефектов с дислокациями. В связи с этим исследования металлов с неравновесной концентрацией точечных дефектов представляют интерес как с точки з рения определения энергетических и конфигурационных характеристик точечных дефектов, так и для направленного воздействия на физико-механические свойства материалов.
К настоящему времени обнаружены и широко исследованы эффекты закалочного и деформационного упрочнения чистых металлов с ЩК - решеткой. Накоплен большой объем исследований по особенностям образования вакансионных комплексов и процессов отжига в закаленных металлах. Также ведутся интенсиїшмс исследования по выяснению влияния примесей на прочность и пластичность металлов и сплавов. Важным представляется выявление влияния закалки и деформации на структуру и механические свойства металлов, содержащих малые количества примесных элементов, не приводящих к существенному изменению электрофизических свойств. Эффект закалочного упрочнения микролегированных металлов интересен для изучения процессов взаимодействия закалочных вакансий, атомов примеси друг с другом и с исходными дефектами кристаллической решетки.
Большое количество исследований по влиянию микродобавок различных элементов, закалки и деформации на формирование структуры и свойств выполнено на меди. Это объясняется, с одной стороны, широким использованием чистой меди в экономике, с другой - наряду с высокой электро- и теплопроводностью чистая медь, как правило, имеет неоднородную крупнозернистую структуру, обладает малой прочностью, низкой температурой рекристаллизации, очень чувствительна к радиационному воздействию, весьма склонна к водородному охрупчиванию. Поэтому вопросы рационального выбора микродобавок, термических и механико-термических воздействий с целью направленного изменения структуры, физико-механических свойств и повышения радиационной стойкости меди являются акту-
4 альными и важными для многих отраслей новой техники, особенно радиоэлектроники, ускорительной и атомной техники.
Цель и задачи исследования. Основной целью проведенной работы было установление возможностей направленного формирования структуры и свойств меди за счет сочетания рационального выбора микродобавок и последующих термомеханических воздействий.
В связи с этим в работе были поставлены и решены следующие задачи:
анализ данных теоретических и экспериментальных исследований возможных путей направленного изменения структуры и физико-механических свойств меди за счет микролегирования, термических, механико-термических и других способов воздействий;
исследование механических свойств, электропроводности и структурных особенностей чистой и микролегированной меди после деформации и отжига;
определение оптимальных условий микролегирования и последующих механико-термических воздействий (деформация, отжиг);
- выяснение особенностей влияния микролегирования меди на закалочное
упрочнение и радиационное распухание чистой меди.
Научная новизна работы.
-
Показано, что легирование меди иттрием приводит к улучшению ее прочностных и пластических характеристик. Определены оптимальные условия микролегирования и термомеханической обработки.
-
Установлено, что микролегирование меди способствует получению мелкодисперсной однородной структуры, существенно повышает ее термическую стойкость, снижает вредное влияние легкоплавких примесей.
3. Установлена возможность сохранения высокой электропроводности
микролегированной меди при высоких температурах и меньшая интенсивность
падения электропроводности при увеличении степени деформации по сравне
нию с чистой медью.
-
Показано, что введение иттрия в медь существенно повышает температуру рекристаллизации, способствует достижению более мелкозернистой, однородной по размеру структуры и изменяет параметры дислокационной структуры.
-
Установлено влияние микролегирования меди иттрием на параметры соотношения Холла-Петча. Показано, что микродобавки иттрия приводят к росту общего сопротивления движению дислокаций в плоскости скольжения внутри зерна и облегчают передачу скольжения через границы зерен.
-
Обнаружено снижение относительной величины эффекта закалочного упрочнения меди после микролегирования иттрием.
-
Установлено, что микролегирование меди приводит к существенному повышению сопротивления структуры по отношению к радиационному распуханию при облучении высокоэнергетичными ионами.
Практическая ценность работы связана с установлением возможностей получения микролегированной меди с повышенными характеристиками прочности и пластичности, без заметного снижения электропроводности, высоким сопротивлением к термическому воздействию, стойкостью по отношению к радиационному распуханию. Это позволяет рекомендовать медь, микролегированную иттрием после мехакико-термической обработки, в качестве перспективного конструкционного материала радиоэлектронной и атомной техники.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
-
Экспериментальное подтверждение возможности повышения механических свойств без существенного изменения электропроводности при микролегировании меди иттрием с последующей механико-термической обработкой.
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование влияния микродобавок иттрия на процессы рекристаллизации и структурные превращения в меди.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния микродобавок иттрия на эффект закалочного упрочнения меди.
-
Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение влияния иттрия на возможность подавления радиационного распухания меди при облучении.
Апробация результатов работы. Результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях:
- XIV Международной конференции по физике прочности и пластичности мате
риалов (Самара, 1995 г.);
VI, VII, VIII Межгосударственных конференциях 'Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов" (Белгород, 1995, 1997, 1999 г.);
Международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений" (Тамбов, 1996 г.);
V Российско-японском симпозиуме "Взаимодействие быстрых заряженных частиц с твердыми телами" (Белгород, 1996 г.);
- VIII International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-8, Japan, 1998).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликова-
6 ны в 11 работах, список которых приведен в автореферате.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 142 страницах машинописного текста.
