Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных направлений в области создания новых материалов является разработка композиционных материалов (КМ) с металлической матрицей, армированной дискретными волокнами оксидов, карбидов, нитридов и т.д. Такие материалы демонстрируют высокий уровень удельных прочностных свойств. Основным их преимуществом по сравнению с волокнистыми КМ, упрочненными непрерывными волокнами, является возможность применения традиционных методов металлообработки для получения заготовок из материалов данного класса. Однако низкая пластичность ограничивает использование КМ в качестве конструкционных материалов.
Проблема пластичности тесно связана с разработкой высокоэффективных технологических способов металлообработки. Во многом этому способствует обнаруженный сравнительно недавно эффект высокоскоростной сверхпластнчности (ВССП) КМ. Это открывает новые возможности для создания эффективных способов формообразования.
К настоящему времени накоплена определенная информация о феноменологии свсрхпластической деформации (СПД) композитов. Несмотря на большое количество работ, вопрос о механизмах СПД КМ остаётся открытым. Это обусловлено недостатком систематических данных о структурных изменениях во время горячен деформации КМ и роли армирующей фазы. В этой связи представляется целесообразным проведение исследований, направленных на установление конкретной связи структуры композита и сё изменений в процессе деформации с механическими свойствами при высоких температурах. Установление этих закономерностей и совместное их рассмотрение позволит проанализировать действующие механизмы деформации. Выяснение механизма деформации КМ является необходимым условием обоснованного выбора оптимальных технологических режимов обработки в условиях СПД.
Цель работы. Выявление особенностей СПД дискретно армированных КМ на основе изучения их деформационного поведения и структурных изменений при горячей деформации. В работе решались следующие задачи: 1. Анализ деформационного поведения и структурных изменений при горячей деформации КМ с алюминиевой матрицей, определение гемпературно-скоростных условий проявления СПД КМ. I. Изучение особенностей влияния армирующей фазы на механические :вонства и структурные изменения при горячей деформации КМ. }. Исследование влияния схемы деформации и термомеханическон эбработкн (ТМО) на механические свойства КМ при горячей деформации. \. Разработка режимов технологического процесса получения изделий
из КМ, с использованием эффекта СП.
Научная іюіиїзиа. На примере КМ 2014-20% А1203 и 2009-15% SiC изучены особенности СПД композитов на основе алюминиевой матрицы, полученных методом порошковой металлургии. Установлено, что в результате армирования алюминиевой матрицы дискретными волокнами оптимум СП сдвигается в область больших скоростей деформации на порядок по сравнению с матричным сплавом. СПД КМ определяется деформационным поведением алюминиевой матрицы, а в качестве основного механизма выступает зернограничнос проскальзывание (ЗГП) по межзеренным границам а/а.
Показано, что волокна армирующей фазы блокируют развитие кооперированного ЗГП, затрудняя перераспределение полос КЗГП и нарушая условие эстафетной передачи деформации. Увеличение скорости деформации (ё10"2 с'') обуславливает переход от кооперированного проскальзывания по границам большого числа зерен, наблюдаемое при СП течении неармированного сплава, к скольжению по границам индивидуальных зерен, что имеет место при СПД композита. Предложены модельные схемы макро и микродеформации КМ в условиях СП.
Практическая значимость. Дано обоснование принципиальной возможности (ВССП) дискретно армированных КМ на основе металлической матрицы. Результаты исследований использованы при разработке режимов опытного технологического процесса изготовления изделий из композиционного материала, с применением эффекта СП. Практическая реализация предложенных режимов продемонстрирована на примере изготовления сложнопрофильной детали типа "диск" из KM 2009-15%SiC.
На защиту выносятся:
Анализ механического поведения и структурных изменений при горячей деформации КМ 2014-20% А1203 и 2009-15% SiC.
Влияние армирования алюминиевой матрицы дискретными волокнами на структуру и свойства КМ при горячей деформации.
Результаты исследования СП порошкового алюминиевого сплава и композита на его основе.
Способы повышения характеристик СП КМ.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены- на международных конференциях "Advanced Composites Materials" ICACM-93, "Superplasticity in Advanced Materials" ICSAM'94 (Moscow 1994); ICSAM'97 (Bangalore, 1997); "Ceramic and Metal Matrix Composites." CMMC 96; "Superplasticity and Superplastic forming" San Antonio, USA, 1998.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей в
научных отечественных и зарубежных журналах.
Структура и ofh.eiM работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 189 наименовании. Работа содержит 136 страниц, включая 64 рисунка, 7 таблиц.
