Введение к работе
-3-.
Актуальность темы. Изучение процессов структурообразования твердых тел -одна из основных задач физики прочности и пластичности. Значительный интерес представляют вопросы, которые связаны с развитием в материалах динамической рекристаллизации (ДР). Наряду с научным, эти вопросы имеют большое практическое значение, поскольку рекристаллизация занимает важное место среди процессов преобразования структуры и служит основой для создания и прогнозирования свойств деформированных материалов. Однако, несмотря на большее количество работ, посвященных ДР, ряд процессов формирования зеренной структуры во время деформации не имеет сегодня однозначной интерпретации. Классический подход к ДР, как к обычному рекристаллизационному процессу, который отличается от статической рекристаллизации только тем, что совмещен во времени с деформацией, в ряде случаев не позволяет объяснить феноменологию и кинетику ДР. Все попытки теоретического опнсгния'ДР на основе данного подхода оказываются безуспешными.
Более целесообразным представляется взгляд на ДР, как на специфический процесс структурообразования при пластической деформации. На сегодняшний день в литературе имеется ряд фактов, косвенно свидетельствующих в пользу того, что ДР взаимосвязана с характером пластического течения. В этом заключается ее основное отличие от статической рекристаллизации. Однако прямых экспериментальных подтверждений зависимости процессов ДР от характера деформации получено не было. Процессы ДР в материалах практически всегда исследовали в отрыве от механизмов деформации. Поэтому важной и актуальной задачей является совместное изучение ДР и механизмов деформации и установление характера их взаимного влияния. Ее решение позволяет внести заметный вклад в развитие теоретических представлений о ДР и разработать научно обоснованные методы управления структурой. Решение поставленной задачи должно предусматривать как комплексный анализ влияния различных механизмов пластической деформации, действующих в широкой температурно- скоростной области деформации, на соотношение и взаимодействие в этой области различных механизмов структурообразования, так и исследование воздействия характера пластического течения на работу конкретных механизмов ДР. Последнее само по себе является одним из важнейших аспектов изучения ДР, поскольку знание механизмов формирования новых зерен призвано послужить основой наших представлений о ДР.
С точки зрения сформулированной выше задачи, большое значение имеет выбор материала исследования. Анализ литературы показывает, что в качестве основных объектов исследования ДР выступали, как правило, ГЦК - металлы, которые имеют большее количество равнозначных систем скольжения. Для ГЦК-металлов изменение условий деформации о традиционной области изучения ДР ведет к незначительным из-мензккям характера пластического течения. Это не позволило выявить его влияние на процессы ДР. .Более верным, с данной точки зрения, является использование в качестве объектов исследования материалов с ограниченным числом систем скольжения.
-4-Во-лервых, известно, что деформационное поведение этих материалов сильно зависит от различных факторов. Это обуславливает методическую простоту изучения на них взаимосвязи процессов пластического течения и ДР. Для дополнительного расширения спектра рассматриваемых механизмов пластической деформации является важным использование материалов с различным типом кристаллической решетки, а также постановка исследований на одном материале в широкой температурной области. Во-вторых, особенности ДР в материалах с высокой анизотропией сопротивления решетки на сегодняшний день изучены относительно слабо. Вместе с тем в последние годы наметилась тенденция расширения сферы практического применения материалов, обуслов-. ленная благоприятным сочетанием их свойств. В связи с этим, исследование пластической деформации и ДР в условиях ограниченного числа систем скольжения представляет значительный интерес как с научной, так и с практической точки зрения.
Цель работы: установить существование и исследовать характер связи между механизмами деформации и общими закономерностями ДР в материалах с ограниченным числом систем скольжения. В работе были поставлены частные задачи:
-
Изучить особенности структурных изменений во время пластической деформации типичных представителей материалов с ограниченным числом систем скольжения в широком интервале температур.
-
Изучить особенности деформационных процессов, протекающих в этих материалах.
-
Исследовать влияние действующих механизмов деформации на развитие ДР.
-
Изучить влияние характера деформации на реализацию конкретных механизмов ДР. Выявить роль механизмов деформации в формировании при этом рекристаллизованных зерен.
В качестве материала исследования были выбраны чистый магний (металл с ГП-решеткой и средним значением энергии дефекта упаковки) и фторид лития (ионный кристалл с высоким значением энергии дефекта упаковки). Оба этих материала имеют ограниченное число систем скольжения. Однако, в первом случае высокая анизотропия сопротивления решетки обеспечивается за счет низкой ее симметрии, во втором - за счет типа химической связи. Выбор данных материалов дает возможность рассмотреть полученные закономерности как для металлов, так и для неметаллических кристаллов. Для сравнения с Мд в качестве дополнительного объекта исследования при изучении механизма ДР, связанного с локальной миграцией (ЛМ) границ зерен, был использован высоколегированный магниевый сплав МА14.
Научная новизна. В работе был использован новый методологический подход к изучению процессов структурообразования. ДР рассматривали и анализировали только в совокупности с механизмами деформации. Впервые закономерности формирования рекристаллизованных зерен изучали в соответствии с процессами, контролирующими скорость пластической деформации. Применение данного подхода к материалам с ограниченным числом скольжения позволило выявить наличие взаимосвязи между механизмами пластической деформации и ДР и исследовать ее особенности.
Показано, что каждому определенному механизму деформации соответствуют
определенные механизмы ДР. Смена действующих механизмов деформации при изменении ее условий автоматически приводит к изменению действующих механизмов ДР. Зависимость между размером рекристаллизованных зерен и приложенными напряжениями остается неизменной только в тех температурно-скоростных интервалах, в которых механизмы, контролирующие скорость деформации, не меняются. При действии одного преимущественного механизма деформации сохраняется постоянным характер влияния условий деформации на кинетику ДР. В общем случае, когда процесс формирования рекристаллизованных зерен связан с контролирующим механизмом деформации, процесс, который контролирует деформацию, будет одновременно контролировать и структурные изменения. Механизмы деформации определяют не только действие механизмов ДР, но и схему их работы, а также кинетику рекристаллизационных процессов. При этом смена микромеханизма деформации приводит к изменению схемы действия механизма ДР и, как правило, к замедлению или ускорению ДР.
На основе проведенных исследований предложены качественные модели образования новых зерен, связанные с действием определенных механизмов деформации. Их использование позволило объяснить ряд экспериментальных фактов, которые не имели ранее удовлетворительной трактовки.
Теоретическая и практическая значимость. Установленная корреляция между механизмами деформации и структурными изменениями, происходящими в процессе пластического течения, позволяет глубже понять природу ДР. Данные о характере взаимосвязи между процессами деформации и ДР могут быть использованы при теоретических разработках моделей динамической рекристаллизации. Результаты исследований могут быть полезны также при разработке режимов практического управления процессами деформации и рекристаллизации. На защиту выносятся.'
Результаты анализа процессов формирования рекристаллизованной структуры в чистом магнии в условиях совместного действия различных механизмов ДР.
Данные о деформационном поведении магния в температурной области 0,3-0,85ТПЛ и результаты исследования взаимосвязи протекающих в нем процессов ДР с характером деформации.
Данные о влиянии характера кристаллографического. скольжения на феноменологию и кинетику ДР в монокристаллах LiF.
Результаты анализа механизмов ДР, связанных с ЛМ высокоугловых границ и двойникованием.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на XII Всесоюзной конференции "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов" (Куйбышев, 1989), VI Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в металлах и сплавах" (Свердловск, 1991), V конференции "Сверхпластичность неорганических материалов" (Уфа, 1992), XIII конференции "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов" (Самара, 1992), международных конференциях "Intergranular and Interface Boundaries in Materials" (Paris, 1989), "Nano'94"
(Stirttgart, 1994), "Intergranular and Interface Boundaries in Materials" (Lisbon, 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 статей в научных отечественных и зарубежных журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 214 наименований. Работа содержит 166 страниц, включая 47 рисунков, 9 таблиц.
