Внутреннее трение в образцах медной проволоки, полученных методами многопереходной гидроэкструзии и волочения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ В ОБРАЗЦАХ МЕДНОЙ ПРОВОЛОКИ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДАМИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ ГИДРОЭКСТРУЗИИ И ВОЛОЧЕНИЯ

Дацко О.И.

Матросов Н.И.

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины

Недыбалюк А. Ф.

Винницкий государственный педагогический университет им. М. Коцюбинского

В работах по механической спектроскопии сравнительно мало исследований, выполненных на образцах, имеющих волокнистое строение. В том числе слабо изучен вопрос о том, как влияет волокнистое строение и его характер на поведение дислокаций при микропластической деформации (МПД) материала. Определенную информацию об этом можно получить, используя методику низкочастотного внутреннего трения (ВТ) и образцы медной проволоки, полученной методами многопереходной пакетной гидроэкструзии и волочения [1,2]. В этих образцах волокнистое строение создается проволочными элементами из меди одной чистоты, заключенными в наружной оболочке из меди другой чистоты и характеризуется числом проволочных эле-ментов (N), степенью их интегральной деформации (ln R, где R - вытяжка), структурой, задаваемыми технологическим этапом получения проволоки. медь проволока деформация металл

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служили вначале деформированные, а затем отожженные образцы проволоки №№ 1, 2, 3, 4 (диаметром 3 мм и рабочей длиной 40 мм), отобранные с четырех последовательных технологических этапов ее получения. Образец № 1 состоял из меди МВЭ (99,99%), образцы №№ 2, 3, 4 содержали проволочные элементы из меди МВЭ, заключенные в оболочку из меди МОБ (99,97%). Образцы в исходном (деформированном) состоянии имели, соответственно: число проволочных элементов N = 1, 211, 211², 211³; степень интегральной деформации lnR = 1.9, 7.7, 14.9, 19.4; структуру полосчатую (образец №1), субструктуру (образцы №№ 1, 2, 3, 4), элементы волокон (образцы №№ 2, 3, 4) и наноструктуры (образец № 4). После нагрева до 400єС в образце № 1 полосчатость исчезала, рекристаллизация заканчивалась, в образцах №№ 2, 3, 4 элементы волокон сохранялись, рекристаллизация задерживалась.

Использовалась установка ВТ типа обратный крутильный маятник с частотой колебаний около 1 Гц [3]. АЗВТ изучалось при ступенчатом изменении (увеличении и последующим уменьшении) амплитуд относительных деформаций материала е в интервале 2·10^-5-80·10^-5. Величина уровня АЗВТ определялась путем подсчета числа затухающих свободных колебаний при уменьшении задаваемой амплитуды деформации (АД) на 20-40%. Погрешность измерений не превышала 5%.

Результаты исследований и обсуждение

Результаты измерений АЗВТ в образцах №№ 1, 2, 3, 4 представлены на рис 1-4. Из них следует, что уровень ВТ с увеличением АД обнаруживает рост, на фоне которого наблюдаются изменения типа перегиба, с последующим изменением интенсивности роста, максимума, полочки.

Измерения показали, что АЗВТ в деформированных и отожженных образцах при уменьшении АД обнаруживает гистерезис с разомкнутой петлей, когда е ? 5·10^-5 в образце № 2 и е ? 10·10^-5 в образцах №№ 1, 3, 4. Это свидетельствует о том, что уровень АЗВТ при изменении АД (при е ? 5·10^-5 и е ? 10·10^-5) связан с изменением плотности новых подвижных дислокаций, которые появляются, двигаются и взаимодействуют с препятствиями в результате МПД материала во время измерения уровня АЗВТ.

Наблюдаемая АЗВТ (микропластичность) [3] обусловлена поведением уровня плотности новых подвижных дислокаций в зависимости от задаваемой АД. Фактически это разность между уровнем плотности родившихся новых подвижных дислокаций при заданной АД и уровнем плотности этих дислокаций, которые при заданной АД утратили подвижность (частично или полностью) в результате встречи и взаимодействия с препятствиями. Так, когда препятствия достаточно сильно задерживают движение дислокаций, - на АЗВТ наблюдается перегиб и уменьшение интенсивности роста (рис. 1, 3, 4). Если с увеличением АД, такая задержка ослабевает, то появляется перегиб в противоположную сторону и увеличение интенсивности роста (рис. 1, 3, 4). В случае, когда препятствия достаточно сильно блокируют движение дислокаций (перед препятствиями образуется скопление дислокаций, в которых они взаимно блокируют друг друга и источник), на АЗВТ наблюдается максимум (рис. 2). Если с увеличением АД такая блокировка ослабевает, - то появляется минимум и стабилизация уровня в виде полочки (рис. 2).

Последующее ступенчатое уменьшение АД и внутреннее напряжение в материале обуславливают возвращение дислокаций в источники. При этом подвижные дислокации вновь взаимодействуют с препятствиями. Дислокации, заблокированные в скоплениях перед препятствиями, становятся подвижными. Это увеличивает плотность подвижных дислокаций и задерживает процесс их исчезновения. В результате при ступенчатом уменьшении АД характер АЗВТ повторяется в обратном порядке, его общий уровень выше, чем при увеличении АД, зависимость смещения влево -- имеет место гистерезис.

Сравнение показывает, что АЗВТ в образце, материал которого вначале находится в деформированном, а затем в отожженном состоянии, при увеличении и последующем уменьшении АД (кривые 1-4) обнаруживают сходный характер (присущий данному образцу). Это говорит о том, что в результате измерений и отжига в структуре материала образца не происходит выявляемых существенный качественных изменений. Наряду с этим имеют место количественные изменения. Так, общий уровень АЗВТ в деформированном образце выше чем в отожженном (кривые 1 и 3), особенно в образцах №№ 2, 3, 4. Это указывает на то, что материал в деформированном состоянии обладает более высоким уровнем микропластичности, чем в отожженном состоянии. Очевидно, при получении проволоки материал в результате пластической деформации с высокими степенями обжатия нагревался и пластифицировался, а при последующем отжиге уровень его микропластичности снижался (благодаря возврату и деформационному старению).

Характер АЗВТ в образцах №№ 2, 3, 4 отличается от наблюдаемого в образце № 1. В свою очередь, характер АЗВТ в образце №2 отличается от такового в образцах №№ 3, 4. Все эти различия можно характеризовать особенностями поведения АЗВТ, присущими образцу № 2.

Первая особенность - более ранний, резкий и значительный рост АЗВТ при увеличении АД. Он наблюдается при е > 2·10^-5 и достигает максимального значения при е = 25·10^-5. В образцах №№ 3, 4 и особенно в образце №1 имеет место более слабый, постепенный рост уровня АЗВТ, который достигает максимального значения при е = 80·10^-5. Это означает, что в образце №2 плотность новых подвижных дислокаций с ростом АД увеличивается интенсивнее, чем в образцах №№ 3, 4 и особенно в образце №1. Очевидно, в структуре образца № 2 имеются дополнительные и более интенсивные источники новых подвижных дислокаций.

Вторая особенность -- сильная блокировка роста уровня АЗВТ, обуславливающая появление максимума с вершиной при е = 35·10^-5. В образцах №№ 1, 3, 4 такой блокировки нет, _ наблюдается задержка роста. Она проявляет себя перегибом и уменьшением интенсивности роста уровня АЗВТ (соответственно при е > 15·10^-5; 25·10^-5; 35·10^-5). Это означает, что в образце № 2 препятствия блокируют движение дислокаций, а в образцах №№ 1, 3, 4 - притормаживают его. Очевидно, в структуре образца № 2 существуют дополнительные и более интенсивные препятствия движению дислокаций.

Третья особенность -- стабилизация уровня роста АЗВТ, которая наблюдается после сильной блокировки уровня АЗВТ. Она проявляется минимумом и полочкой в интервале значений е = 60·10^-5 ч 80·10^-5. В образцах №№ 1, 3, 4 такая стабилизация уровня отсутствует. У них после задержки роста уровня АЗВТ наблюдается перегиб и увеличение интенсивности роста уровня АЗВТ (соответственно при е > 60·10^-5; 35·10^-5; 35·10^-5). Ситуация сохраняется до е = 80·10^-5 за исключением образца № 4 ( у него при е > 55·10^-5 наблюдается перегиб в противоположную сторону и уменьшение интенсивности роста АЗВТ). Это означает, что в образце № 2 блокировка дислокаций препятствиями существенно уменьшилась, но продолжает иметь место. При этом она проявляет себя так, что плотность подвижных дислокаций при увеличении АД не изменяется. Фактически, начиная с некоторого момента увеличения АД свойства структуры материала как источников дислокаций и как препятствий, блокирующих их движение, уравновешивают друг друга. Вероятно, имеет место эффект самоорганизации процесса размножения и блокировки новых подвижных дислокаций. Его можно рассматривать как проявление стабильного микропластического течения. Отличительной особенностью, которого является то, что оно практически не зависит от амплитуды деформации материала, измеряющейся в некотором интервале. Наблюдаемое поведение АВЗТ в образцах №№ 1, 3, 4 говорит о том, что торможение движения дислокаций со стороны препятствий ослабло (затем повысилось вновь при е > 55·10^-5 в образце № 4).

Очевидно, в структуре образца № 2 источники и препятствия движению дислокаций при повышенных значениях АД ведут себя иначе, чем в образцах №№ 1, 3, 4.

Четвертая особенность -- другой характер гистерезиса (особенно в отожженном материале): вначале это отсутствие изменений, затем значительный максимум, потом резкое уменьшение, при этом общий уровень АЗВТ более высокий и сильнее смещен влево (чем у АЗВТ при ступенчатом увеличении АД). В образцах №№ 1, 3, 4 гистерезис не такой: АЗВТ только уменьшается: (начиная с е < 80·10^-5) вначале слабо, затем более сильно (в образце № 4 - уменьшение выражено вначале слабо, затем еще слабее, потом сильно), общий уровень ниже, смещение влево слабее. Это горит о том, что в образце № 2 эффект стабильного микропластического течения наблюдается не только при увеличении АД в некотором интервале, но при уменьшении АД в этом же интервале, как в деформированном, так и в отожженном материале. К этому нужно добавить, что в образце № 2 интенсивнее блокируется движение дислокаций в скоплениях перед препятствиями, и соответственно, их количество больше разблокируется и перейдет в подвижное состояние при ступенчатом уменьшении АД. Очевидно, в образце № 2 свойства источников дислокаций и препятствия их движению отличаются от свойств, присущих источникам и препятствиям дислокаций в образцах №№ 1, 3, 4.

Пятая особенность - стабильный характер изменений уровня АЗВТ после отжига относительно уровня АЗВТ в деформированном состоянии (или разности АЗВТ деформированного и отожженного материала). Он наблюдается при е > 30·10^-5. В образцах №№ 1, 3, 4 такая разность АЗВТ при е > 30·10^-5 ч 40·10^-5 имеет другой характер: в образце № 1 - уменьшается, в образцах № 3, 4 - увеличивается. Это свидетельствует о том, что в образце № 2 изменения источников дислокаций и препятствий движению дислокаций более скорелированно, согласованно, чем в образцах №№ 1, 3, 4. Очевидно, в образце № 2 источники дислокаций и препятствий движению дислокаций более тесно связаны или эти роли выполняют одни и те же объекты структуры материала.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, сто образцы №№ 2, 3, 4 в сравнении с образцом № 1 обнаруживают, с одной стороны, ряд особенностей поведения уровня АЗВТ, а с другой стороны, имеют более высокие значения N, lnR и структуру, которая содержит элементы волокнистого строения. Это позволяет полагать, что наблюдаемые особенности поведения АЗВТ в образцах №№ 2, 3, 4 относительно образца № 1 обусловлены влиянием всех трех факторов, особенно наличием в структуре материала элементов волокнистого строения. Очевидно, наблюдаемые различия в поведении АЗВТ обусловлены дефектами кристаллической решетки, играющими роли источников и препятствий движения новых подвижных дислокаций и их различиями в образцах № 1, 2, 3, 4.

Наиболее вероятно эти роли в образцах №№ 1, 2, 3, 4 играют границы зерен [4, 5] и субзерен, а в образцах №№ 2, 3, 4 еще дополнительно и границы волокон. По-видимому, границы волокон, как и границы зерен [4, 5] являются вначале дополнительными источниками новых подвижных дислокаций, а затем и дополнительными препятствиями блокирующими движение дислокаций.

В свою очередь, образец № 2 в сравнении с образцами №№ 3, 4 обладает, с одной стороны, элементами волокнистого строения, носящими первоначальный характер появления, а с другой стороны, у него наблюдаются особенности поведения уровня АЗВТ. Это обстоятельство позволяет считать, что обнаруженные особенности поведения АЗВТ в образце № 2 обусловлены первоначальным характером появления в структуре этого образца элементов волокнистого строения и образуемых ими границ волокон. Эти границы волокон сформированы меньшим числом проволочных элементов и в условиях более низкой степени деформации, т.е., вероятно, они обладают сравнительно более высоким уровнем неравновесного метастабильного состояния, в сравнении с границами волокон в образцах №№ 3, 4.

Отметим, что наблюдаемый в образце № 4 при е > 60·10^-5 повышенный уровень АЗВТ связан, вероятно, с первоначальным появлением в структуре материала элементов наноструктуры [2].

Установлено, что наличие элементов волокнистого строения в структуре деформированных и отожженных образцов медной проволоки оказывает влияние на характер их АЗВТ, связанного с МПД материала на стадии возникновения, движения и взаимодействия с препятствиями новых подвижных дислокаций (при АД в интервале е = 2·10^-5 ч 80·10^-5).

Наиболее сильное влияние на характер АЗВТ оказывает первоначальное появление элементов волокнистого строения и границ волокон (после второго технологического этапа получения проволоки). В этом случае при ступенчатом увеличении АД наблюдается вначале резкий и значительный рост, затем максимум, потом стабилизация уровня АЗВТ.

Предполагается, что границы волокон (в используемых условиях МПД материала) играют вначале роль дополнительных источников, а затем и роль дополнительных препятствий движению новых подвижных дислокаций.

Литература

1. Спусканюк В.З., Сенникова Л.Ф., Павловская Е.А., Матросов Н.И., Дугадко А.Б., Белоусов Н.Н., Заика Т.П. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения, Международный сборник Научных трудов. 2002, вып. 1, c. 255.

2. Дацко О.И., Абрамов В.С., Дугадко А.Б., Матросов Н.И., Чишко В.В., Шевченко Б.А. // ФТВД, 2004, 14, №2, c.109-116.

3. Криштал М.А., Головин С.А. // Внутреннее трение и структура металлов, М., Металлургия, 1976, гл. IV.

4. Мулюков Р.Р., Ахмадеев Н.А., Волиев Р.З., Копылев В.И., Михайлов С.Б. // Металлофизика, 1993, т. 15, № 1, с. 50-59.

5. Дацко О.И., Матросов Н.И., Дмитренко В.Ю. // Металлофизика и новейшие технологии, 2006. т. 28, № 12, с. 1655-1660.

Размещено на Allbest.ru