Повзучість перехідних металів і сплавів Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі в різних структурних станах

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

1

Національна академія наук України

Інститут електрофізики і радіаційних технологій

УДК 669.296: 539.377

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Повзучість перехідних металів і сплавів Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі в різних структурних станах

01.04.07 - фізика твердого тіла

Карасьова Євгенія Василівна

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, м. Харків

Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Соколенко Володимир Іванович, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, керівник відділу фізики твердого тіла і конденсованого стану речовини.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор Лебедєв Віктор Прохорович, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна МОНмолодьспорту України, завідувач кафедри експериментальної фізики;

доктор фізико-математичних наук, професор, Нацик Василь Дмитрович, Фізико-технічний інститут низьких температур імені Б.І. Вєркіна НАН України, головний науковий співробітник відділу фізики реальних кристалів. сплав температура термообробка

Захист відбудеться «19» грудня 2011 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.245.01 у Інституті електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61003, м. Харків, вул. Гамарника, 2, корпус У-3, НТУ «ХПІ» МОНмолодьспорту України, ауд. 204.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61024, м. Харків, вул. Гуданова, 13. Відгук на автореферат дисертації надсилати на адресу: 61002, м. Харків, вул. Чернишевська, 28, а/с 8812.

Автореферат розісланий «15» листопада 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 64.245.01 Пойда А.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Дослідження особливостей повзучості металів і сплавів важливі для розвитку сучасних основ фізики міцності й пластичності. Аналіз закономірностей повзучості дає можливість одержати відомості щодо елементарних актів пластичної течії, особливостей деформаційного зміцнення матеріалів та встановити зв'язок між структурними характеристиками матеріалу і його механічними властивостями.

Дослідження повзучості мають велике практичне значення, тому що умови експлуатації матеріалів, зокрема гафнію, цирконію та його сплавів, що використовуються в атомній енергетиці й ніобієвих сплавів, що використовуються у криогенній і космічній техніці, - це умови тривалого впливу статичних навантажень. Необхідність поліпшення експлуатаційних характеристик виробів із цих металів викликає необхідність нових досліджень взаємозв'язку їх структурного стану і таких структурно чутливих характеристик як повзучість та електрофізичні властивості, які іноді визначають ресурс працездатності виробів.

Останніми роками швидкими темпами розвивається технологія виготовлення матеріалів із мікронним й субмікронним розміром зерна. Інтерес до таких матеріалів викликано їх унікальними механічними властивостями, що істотно відрізняються від відповідних властивостей крупнозернистих полікристалів. Ефективними методами одержання дрібнозернистих матеріалів є використання інтенсивних пластичних деформацій прокаткою, гідроекструзією, рівнокутовим пресуванням тощо. Сформована такими методами структура, крім дрібного розміру зерна, характеризується великою кількістю дефектів (дислокацій, дисклинацій, границь зерен тощо), що істотно впливає на особливості пластичної деформації металів і сплавів. Перспективи використання дрібнозернистих ГЩУ та ОЦК матеріалів, як конструкційних, залежить від ступеню вивчення особливостей їх поведінки в умовах, близьких до умов експлуатації.

У зв'язку зі зазначеним вище є актуальним комплексне дослідження особливостей повзучості Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі в різних структурних станах, сформованих із використанням інтенсивних пластичних деформацій і термообробок; з'ясування механізмів і типів перешкод, що контролюють пластичну течію досліджених матеріалів у процесі повзучості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, НДР.

Дослідження, які склали зміст дисертації, проведені здобувачем у Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України у рамках виконання НДР за такими програмами:

«Програма робіт з Атомної науки і техніки Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» на 1993-2000 рр.», затверджена Постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.1993 р., №558;

«Програма проведення фундаментальних досліджень з атомної науки і техніки Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» до 2005 р.», затверджена Розпорядженням Кабінету Міністрів України від 13.09.2001 р., № 421-р, № держреєстрації 080901UР0009 від 08.10.2001 р (шифр: 15/23, 2005);

Державна програма фундаментальних і прикладних досліджень з проблеми використання ядерних матеріалів і ядерних і радіаційних технологій у сфері розвитку галузей економіки (Шифр Х821) № держреєстрації 0809991ИР0009 2006;

«Програма робіт з Атомної науки і техніки Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» на 2006-2009 рр.», шифр теми III-5-06 (ІФТТМТ) 2006-2009.

Мета дисертаційної роботи - встановлення особливостей повзучості металів і сплавів із ГЩУ й ОЦК ґратками (Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі) в інтервалі температур 1,5ч700 К у різних структурних станах, сформованих із використанням інтенсивних пластичних деформацій і термообробок; з'ясування механізмів і типів перешкод, що контролюють пластичну течію цих матеріалів у процесі повзучості.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

1) Провести комплексне дослідження в широкому температурному інтервалі повзучості й електрофізичних властивостей Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbTі в різних структурних станах, сформованих завдяки здійснення інтенсивних пластичних деформацій в комбінації з термообробкою.

2) Встановити закономірності пластичної течії Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі в умовах повзучості в інтервалі температур 1,5-700 К.

3) Вивчити механізмі та типи перешкод, що контролюють повзучість в інтервалі температур 1,5-700 К у широкому інтервалі напружень до самого руйнування на основі аналізу структурних, електрофізичних і активаційних характеристик.

4) Встановити взаємозв'язок структурно-фазових перетворень і характеристик повзучості.

Об'єкт дослідження - механізми пластичної деформації Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі в процесі повзучості, які визначають їх міцнісні властивості й термомеханічну стійкість.

Предмет дослідження - взаємозв'язок характеристик повзучості, електрофізичних властивостей і структурних параметрів Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі у широкому інтервалі температур і напружень.

Методи дослідження: методи активного розтягування й повзучості, які використані для визначення механічних характеристик; методи електронної й оптичної мікроскопії, а також рентгеноструктурний аналіз для вивчення дефектної структури; резистивний метод та метод вимірювання термоерс, за допомогою яких визначали характеристики електротранспорту. Мікроскопічні параметри пластичної деформації визначали із використанням методу термоактиваційного аналізу. Висновки й рекомендації зроблено на основі аналізу одержаних результатів із залученням літературних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. До найбільш важливих результатів, що відповідають критерію новизни, можна віднести такі:

1. Встановлено, що в інтервалі температур 1,5-140 К при швидкості деформування 10-3 с-1 для цирконію з розміром зерна 100 мкм є характерними осциляції межі текучості, причиною яких є зміна типу бар'єрів і механізмів, що контролюють пластичну течію у цьому інтервалі температур, а також зміна умов утворення нових дислокацій.

2. Встановлено, що спостережувану при 4,2 К стрибкоподібну деформацію повзучості цирконію з розміром зерна 100 мкм обумовлено масовим двійникуванням, що ініціюється скупченнями дислокацій біля границь розділу.

3. Вперше показано, що для дрібнозернистих (5-10 мкм) і фрагментованих (0,1-0,3 мкм) структур незалежно від типу ґратки (ГЩУ-Zr, Hf, Zr1Nb або ОЦК-Nb, NbТі), характерна велика швидкість повзучості при помірно низьких температурах (300 К), що відповідає степеневому закону залежності е~t1/3 і є результатом спільної дії процесів зміцнення й повернення.

4. Встановлено, що розвиток пластичної деформації Zr, Hf, Zr1Nb з дрібнозернистими і фрагментованими структурами в значній мірі обумовлений процесами, що відбуваються на границях зерен або фрагментів, структура яких визначає особливості процесів релаксації напружень.

5. Встановлено, що спостережувану зміну закону повзучості сплаву NbТі при температурі 77 К обумовлено розвитком фазового перетворення мартенситного типу, що викликає релаксацію напружень і приводить до розблокування дислокаційних скупчень.

Практичне значення одержаних результатів. Результати, одержані в ході виконання дисертаційної роботи, розширюють уявлення про взаємозв'язок структурного стану і фізико-механічних властивостей металів та сплавів із ГЩУ та ОЦК ґратками і можуть бути використані для оптимізації вибору матеріалів при розробці нових конструкційних матеріалів із покращеними експлуатаційними властивостями.

Дані щодо залежності швидкості повзучості від розміру зерна та стану границь можуть бути основою для прогнозування поведінки металів і сплавів в умовах дії статичних навантажень високого рівня.

Одержані результати мають значення для подальшого розвитку теорії повзучості з урахуванням структурних особливостей сучасних матеріалів.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є узагальненням результатів досліджень, виконаних за основною участю здобувача. Особистий внесок полягає в участі у постановці задач, плануванні, підготовці й проведенні експериментів. Автор брав участь у підготовці зразків, формуванні й вивченні мікроструктури та механічних характеристик [1-5]; виконав основні дослідження електрофізичних і механічних характеристик [7-12]; обробив самостійно основну частину одержаних результатів, сформульовав висновки. Автором самостійно зроблено всі розрахунки в рамках використаних моделей, підготовлено і написано більшу частину публікацій за темою дисертації. Обговорення, аналіз і трактування одержаних результатів, формулювання наукових висновків здійснено разом із науковім керівником і іншими співавторами. Автором самостійно підготовлено доповіді і зроблено виступи на конференціях. Усі висновки, визначені в дисертаційній роботі, сформульовано автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися й обговорювалися на таких міжнародних конференціях:

ХVIII и XIX Международных конференциях по физике радиационных явлений и радиационного материаловедения (Крым, Алушта, 2008, 2010); Международных конференциях «Современное материаловедение. Достижения и проблемы» (Киев, Украина, 2005, 2008); 45-й, 47-й и 49-й Международных конференциях «Актуальные проблемы прочности» (Белгород, Россия, 2006, Нижний Новгород, Россия, 2008, Киев, Украина, 2010); Международной конференции «18 Петербургские чтения по проблемам прочности и роста кристаллов» (Санкт-Петербург, Россия, 2008); 5, 7, и 9 Международных конференциях «Физические явления в твердых телах» (Харьков, 2005, 2007, 2009); Международном семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий» (Обнинск, Россия, 2009). Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии» (Витебск, Белоруссия, 2009).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 12 статтях у спеціалізованих наукових журналах та 13 матеріалах і тезах доповідей у збірниках праць міжнародних наукових конференцій.

Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних літературних джерел зі 170 найменувань. Дисертацію викладено на 167 аркушах, вона містить 51 рисунок і 4 таблиці.

Основний зміст дисертації

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено об'єкт, предмет, мету й завдання дослідження, показано наукову новизну одержаних результатів, їх практичне значення, наведено дані щодо апробації результатів дослідження.

У першому розділі «Основні закономірності повзучості металів. Літературний огляд» проведений огляд наукових праць, в яких викладено сучасні уявлення щодо закономірностей повзучості металів і сплавів у широкому інтервалі температур. Висвітлено основні виявлені низькотемпературні аномалії границі текучості та розглянуто існуючі механізми, що пояснюють природу цих аномалій. Показано, що жодна з представлених теоретичних моделей не може у повній мірі описати експериментально одержані низькотемпературні особливості границі текучості металів. Проаналізовано експериментальні роботи з перерахованих проблем.

Розглянуто можливі теоретичні трактування спостережуваних закономірностей і механізмів повзучості металів та сплавів. Описано мікроструктурні особливості дрібнозернистих матеріалів і зміни механічних властивостей таких матеріалів. Відзначається, що наявні теоретичні розробки й експериментальні результати щодо особливостей та механізмів повзучості недостатньо повно описують характеристики пластичної деформації сучасних матеріалів.

Для ефективного просування у вирішенні поставлених завдань необхідно для ГЩУ й ОЦК перехідних металів установити основні закономірності пластичної течії в широкому інтервалі температур і фізичні механізми, що контролюють її розвиток.

У другому розділі «Експериментальні методики та матеріали дослідження» описано експериментальні методики й матеріали дослідження. Дослідження проведене на полікристалічному Zr чистотою 99,98% з розміром зерна 5 і 100 мкм, Hf чистотою 99,97% з розміром зерна 10 мкм, сплаві Zr1Nb з розміром зерна 5-6 мкм, полікристалічному Nb і сплаві NbТі у різних структурних станах: відпаленому й деформованому шляхом здійснення інтенсивних пластичних деформацій прокаткою, волочінням, гідроекструзією у комбінації з термообробками.

Для вирішення визначених завдань проведено вимірювання за допомогою комплексу експериментальних методик. Вивчення пластичності шляхом розтягування з постійною швидкістю в температурному інтервалі 1,5-700 К здійснювали на машині для механічних випробувань із використанням охолоджуючих рідин: рідкий азот та гелій. В експериментах визначали такі параметри деформаційної кривої: межа текучості, межа міцності, величина однорідної пластичної деформації. Виявлення характеристик повзучості проводили на установці для вивчення повзучості.

Дрібнозернисту та фрагментовану структуру Zr, Zr1Nb було одержано шляхом прокатки при температурі 100 і 300 К на установках для низькотемпературної прокатки. Дрібнофрагментовану структуру Nb та NbТі одержано за допомогою волочіння та квазігідроекструзії при 77 і 300 К.

Дослідження структури проводили за методами металографічної мікроскопії, дифракційної електронної мікроскопії на електронному мікроскопі ЕВМ-100 ВР, рентгенівських досліджень на дифрактометрі ДРОН 4-07, а також за допомогою вимірювання електроопору та термоерс у процесі повзучості.

Термоактиваційний аналіз проводили із використанням експериментальних даних. Було розраховано мікроскопічні параметри пластичної деформації: величину енергії активації та активаційного об'єму.

Третій розділ «Дослідження закономірностей і фізичних механізмів повзучості відпаленого та деформованого Zr і Hf при температурах 1,5-700 К у широкому інтервалі напружень до самого руйнування» присвячений дослідженню процесів і механізмів повзучості цирконію з розміром зерна 5 і 100 мкм і гафнію з розміром зерна 10 мкм у різних структурних станах при температурах 1,5-700 К і в широкої області напружень від у0,2 до уВ.

Показано, що при Т<0,1Tпл в умовах малого рівня термічної активації в пластичній течії цирконію з розміром зерна 100 мкм відбуваються відхилення від класичних закономірностей пластичної деформації металів. Спостерігаються осциляції межі текучості в районі температур 1,5-140 К для швидкості деформування 10-3 с-1 і в той же час монотонне зростання у0,2 зі зниженням температури при швидкості деформування 10-5 с-1 (рис.1).

Рис.1. Температурна залежність межі текучості цирконію: 1 - швидкість деформування 10^-5 с^-1; 2 - швидкість деформування 10^-3 с^-1.

Існуючі гіпотези про природу низькотемпературних аномалій межі текучості не в змозі повністю пояснити складний характер залежності у0,2(Т) в інтервалі температур 1,5-20 К. Структурні дослідження показали, що зміни характеру деформаційних процесів, які обумовлюють початок пластичної течії матеріалу, зокрема переходу від ковзання до двійникування не відбувається. Найімовірніше, що в інтервалі температур 1,5-20 К має місце зміна типу бар'єрів, що контролюють пластичну течію і збільшення ролі низькоенергетичних перешкод зі зниженням температури деформації. Можлива також зміна густини дислокацій, що рухаються, або зміна механізму утворення нових дислокацій, наприклад, перехід до зародження дислокацій на концентраторах напружень. Характер експериментальної залежності у0,2(Т) цирконію в інтервалі температур 20-140 К задовільно описується теорією динамічного гальмування дислокацій.

Визначену при температурі 4,2 К стрибкоподібну деформацію обумовлено масовим двійникуванням, що ініціюється скупченнями дислокацій біля границь вже існуючих двійників, які дислокації не в змозі подолати за допомогою термічної активації. Повзучість цирконію до виникнення стрибка здійснюється переважно шляхом ковзання.

Показано, що в інтервалі температур 1,5-300 К на всіх досліджених рівнях напруження розвиток деформації повзучості (е) цирконію з розміром зерна 100 мкм залежно від часу випробувань (t) описується звичайним логарифмічним законом е ~ бlnt. Це означає, що деформацію обумовлено активованим рухом дислокацій у площині ковзання.

Рис.2. Залежність повної енергії активації від температури: темні крапки - перерахунок по квантовим формулам.

Залежність повної величини бар'єра Uo від температури Т (рис.2) дає можливість визнати, що пластична течія цирконію в усьому дослідженому інтервалі температур контролюється декількома типами перешкод. Активаційні параметри при 4,2 К мають величину Uo~0,05 еВ та Vэф~4b3, що свідчіть про те, що пластична течія цирконію контролюється бар'єрами Пайєрлса-Набарро.

При температурі Т=77 К величини активаційних параметрів складають Uo~1 еВ і Vэф~45b3. Це означає, що активований рух дислокацій контролюється їх взаємодією з декількома типами перешкод, зокрема домішками й дислокаціями лісу. Роль границь двійників є незначною, оскільки відстань між ними на кілька порядків величини більше довжини дислокаційного сегмента, що бере участь в елементарному акті ковзання. В інтервалі температур 77-300 К тип перешкод, що контролюють ковзання дислокацій, не змінюється, а деяке збільшення повної енергії активації пов'язане зі зменшенням внеску двійникування під час підвищення температури.

Показано, що причиною збільшення далекодіючих напружень і деформаційного зміцнення крупнозернистого цирконію в процесі повзучості при 4,2 К є перерозподіл дислокацій і утворення скупчень перед границями розділу (рис.3, а).

При температурі 77 К деформаційне зміцнення пов'язане зі збільшенням густини дислокацій і з формуванням границь комірок (рис.3, б).

Рис.3. Дислокаційні структури, що формуються при повзучості цирконію: а - утворення скупчень дислокацій у процесі повзучості цирконію при 4,2 К і у = 200 МПа; б - утворення границь комірок у місцях з однорідним розподілом дислокацій при Т=77 К і у = 140 МПа.

Зменшення розміру зерна до 5-10 мкм істотно впливає на характеристики й закономірності повзучості цирконію й гафнію в інтервалі температур 300-700 К. Показано, що тільки при Т = 77 К деформація повзучості цирконію й гафнію повністю описується логарифмічним законом е ~ бlnt. При температурах Т?300 К логарифмічному закону відповідає тільки вихідна ділянка залежності деформації від часу випробування (t ~ 30 с), а потім е ~ t1/3, що притаманно повзучості з поверненням.

Для визначення перешкод, що контролюють пластичну течію дрібнозернистого цирконію й гафнію при 77-700 К, був проведений термоактиваційний аналіз. Це дало можливість визначити механізми, відповідальні за пластичну деформацію в цьому інтервалі температур.

Рис.4. Залежність повної енергії активації U₀ від температури випробування Т при = 0,8_в для цирконію з розміром зерна 5 мкм.

Зміна закону повзучості та зростання повної енергії активації в інтервалі температур 77-300 К (рис.4) свідчить про зміну типу перешкод і механізму пластичної деформації цирконію. Розрахунки термоактиваційних параметрів показали, що при 77 К деформація повзучості при всіх рівнях напруження обумовлена ковзанням дислокацій і може контролюватися їх взаємодією з міжвузловими атомами й домішками.

При температурі 300 К активаційні параметри мають такі значення Uo~1 ев і Vеф ~ 2b3 і це означає, що величина повної енергії активації близька до енергії переповзання дислокацій і ковзання по границях зерен, а величина активаційного об'єму характерна для процесів, що відбуваються на рівні точкових дефектів, і може вказувати на сильну локалізацію пластичної деформації. Порушення логарифмічного закону свідчить про зміну механізму руху дислокацій і це може бути механізм переповзання дислокацій, який в свою чергу ініціює дію механізму ковзання по границях зерен. Деяке збільшення повної енергії активації в інтервалі температур Т > 300 К обумовлено не зміною механізмів деформації, а зміною внеску кожного з них. Показано, що границі зерен є основними джерелами далекодіючих напружень. Однак скупчення дислокацій, що утворюються біля них, можуть швидко релаксувати за рахунок анігіляції та переповзання дислокацій уздовж границь, що сприяє виникненню ковзання по границях зерен й забезпечує спостережувану експериментально високу швидкість повзучості. Причому ці механізми діють тільки у такій послідовності, і якщо не відбувається перший, то не діють й наступні.

Досліджена повзучість цирконію із дрібним зерном, одержаним за допомогою прокатки на 92 % при температурах 100 К (МО-1) та 300 К (МО-2) і наступних відпалів при 450 К та 500 К (МТО-1 і МТО-2) (рис.5). Температура відпалів відповідала першій стадії рекристалізації. У результаті МТО-2 одержано структуру з рівноосними зернами переважно одного розміру 5-6 мкм із гладкими рівноважними границями, а після МТО-1 зерна були нерівноосними, неоднорідними за розміром (розкид становив від 1 до 10 мкм) з ламаними нерівноважними границями.

Рис.5. Залежність швидкості повзучості Zr від прикладеного напруження при температурах випробування 300 К (1, 2, 3) і 700 К (4, 5, 6); 1,4 - МТО-2; 3, 6 - МТО-1.

Рентгеноструктурні дослідження зразків цирконію після всіх обробок показали, що одержана кристалографічна текстура й мікроструктура є однаковими для температур деформування 100 К і 300 К. Розмір ОКР після МТО=1 і 2 становить 110 нм, а рівень мікронапружень - 0,02 %. Це пов'язано з тим, що при високому ступеню деформації пластична течія здійснюється за рахунок обмеженої кількості механізмів деформації, обумовленої вже сформованою текстурою.

Для зразків цирконію, одержаних у результаті зазначених обробок, у дослідженому інтервалі температур спостерігалася висока швидкість повзучості відповідно до степеневого закону е ~ t1/3, що свідчить про одночасну дію процесів зміцнення й релаксації напружень.

Пластична течія матеріалу з рівноважними границями зерен може бути результатом спільної дії таких механізмів: внутрішньозеренного ковзання, переповзання дислокацій і ковзання по границях зерен, внесок кожного з яких залежить від температури випробувань і величини прикладеного напруження.

Сильні неоднорідні поля далекодіючих напружень нерівноважних границь зростають під час повзучості, запобігаючи ковзанню усередині зерна та процесам переповзання дислокацій біля границь, внаслідок чого не може здійснитися процес ковзання по границях зерен.

Відповідно до металографічних спостережень, релаксація напружень у цих умовах здійснюється тільки після перетворення структури границь за рахунок їх випрямлення, що дає змогу розвинутися процесам ковзання по границях зерен.

Досліджено вплив фрагментованих структур, створених інтенсивною пластичною деформацією, на повзучість і електрофізичні властивості зразків Zr, деформованого прокаткою на різні ступені при 100 К и 300 К (рис.6).

Доведено, що характер накопичення дефектів, як видно зі змін електрофізичних характеристик (рис.6), залежить від температури деформування тільки для малих ступенів прокатки (е < 0,7). При подальшому збільшенні деформації питомий електроопір і термоерс практично не залежать ні від температури, ні від величини деформації, що є результатом формування впорядкованої структури. У підсумку, при деформації 2,5 утворюється однорідна дрібнофрагментована структура (~100 нм), витягнута практично паралельно напрямку прокатки.

Рис.6. Залежність питомого електроопору () і термоерс (S) від ступеню істинної деформації (): 1 - Т=100 К; 2 - Т = 300 К.

Швидкість повзучості також слабко залежить від величини попередньої деформації прокаткою й температури деформування. При цьому зменшення електроопору в процесі повзучості спостерігається для всіх зразків, що свідчить про зниження рівню внутрішніх напружень.

Одержані результати відповідають принципу кінетичної стійкості структурного стану, в якому зазначено, що зміна геометрії пластичної деформації приводить до структурної перебудови, таким чином, щоб викликати максимальну інтенсивність релаксації внутрішніх напружень і знов сформована структура буде більш стійкою до нової схеми напруженого стану й температурно-швидкісного режиму деформування.

У четвертому розділі «Особливості повзучості сплаву Zr1Nb» представлено результати досліджень особливостей повзучості сплаву Zr1Nb в інтервалі температур 77-700 К із розміром зерна 5-6 мкм, але з різною структурою границь, сформованих із застосуванням інтенсивних пластичних деформацій прокаткою й наступних відпалів, а також повзучості зразків промислового сплаву КТЦ.

Спостережувані залежності деформації повзучості від часу та активаційних параметрів від температури та напруження, а також результати структурних досліджень свідчать про те, що деформація повзучості зразків сплаву ZrlNb відповідає закону е~t1/3 і контролюється, в основному, далекодіючими напруженнями, джерелами яких є границі зерен.

Показано, що у випадку сприятливо текстурно-орієнтованих щодо діючого напруження зерен із рівноважними границями релаксацію напружень обумовлено дією таких механізмів: внутрішньозеренним ковзанням, переповзанням дислокацій уздовж границь і ковзанням по границях зерен. Із зростанням температури випробування та прикладеного напруження внесок внутрішньозеренного ковзання у деформацію матеріалу зменшується і збільшується внесок релаксаційних механізмів.

Процес пластичної течії несприятливо орієнтованих зерен починається з процесу перетворення текстури, що вимагає додаткового зростання напруження. Процес перетворення текстури обов'язково супроводжується внутрішньозеренним ковзанням і процесом переповзання біля границь, але внесок цих процесів є незначним. І тільки при напруженнях у ~ 0,9уВ, по границях зерен лавиноподібно розвивається ковзання (рис.7, а).

Вплив нерівноважних границь, що сформувалися після прокатки при 77 К та відпалу (МТО-2), і границь, що містять дрібні виділення фази вNb, які також спостерігаються і в середині зерен (сплав КТЦ), виявляється у збільшенні термомеханічної стійкості й опору повзучості матеріалу (рис.7, б), і приводить до зміни типу релаксаційних механізмів.

Як показали структурні дослідження зразків сплаву ZrlNb (КТЦ), релаксація напружень у такому випадку здійснюється за рахунок утворення смуг скидання, фрагментації й ротації зерен.

Рис.7. Залежність швидкості повзучості від прикладеного напруження зразків сплаву ZrlNb : а - вирізаних уздовж (1,3) і поперек (2,4) напрямку прокатки при температурі випробування Т=300 К(3,4) і Т=700 К(1,2); б - після різних МТО: 1,3 -МТО-1; 2, 4 -МТО-2; 5 - сплав КТЦ при температурі випробування Т=300 К(1,2) і Т=700 К(3,4,5);

Таким чином, у дрібнокристалічних структурах процес пластичної деформації під час повзучості визначається як опором переміщенню дислокацій усередині зерен, так і опором ковзанню по границях зерен.

Досліджено вплив структури зерен і границь на характеристики повзучості зразків сплаву ZrlNb після різних термомеханічних обробок (ТМО): 1) відпал при 1050 С 1 год., загартування у воду, прокатка при 900 С на 55% і при 800 С на 58% (сумарна деформація 81 %) (ТМО-1); 2) прокатка литого стану при 800 С на 81% (ТМО-2); 3) прокатка литого стану при 1050 С на 81 % (ТМО-3); 4) всебічне кування при 1050 С + ТМО-2 (ТМО-4); 5) кування при 1050 С + ТМО-1 (ТМО-5). Всі ТМО завершувалися стабілізуючими відпалами: 650 С, 2 год. й 750 С, 1 год.

Встановлено, що найвищі міцнісні характеристики й опір повзучості досягаються при формуванні дисперсного, однорідного й стабільного структурно-фазового стану, одержаного при використанні, як попередньої, обробки всебічним куванням й обробки на твердий розчин (ТМО-5, рис.8).

Спостережуваний ефект пов'язаний зі збільшенням дисперсності внутрішньозеренної б-фази, що ускладнює ковзання усередині зерен й вихід дислокацій до границь, а також зі зміцненням границь фазовими виділеннями. Внаслідок цього затримується до виникнення більш високих напружень початок дії релаксаційних процесів.

Рис.8. Залежність швидкості повзучості від напруження для зразків сплаву Zr1Nb після наступних термомеханічних обробок: 1) ТМО-1- (1,6); 2) ТМО-2 - (2,7); 3) ТМО-3 - (3,8); 4) ТМО-4 - (4,9); 5) ТМО-5 - (5,10) при температурі випробування Т=650 К - (1,2,3,4,5) і Т=300 К - (6,7,8,9,10).

У п'ятому розділі «Вплив дефектної структури, одержаної інтенсивною пластичною деформацією волочінням і гідроекструзією, на характеристики повзучості Nb и NbТі при низьких температурах» викладено результати дослідження повзучості Nb і NbТі в інтервалі температур 77-300 К у різних структурних станах, одержаних за допомогою інтенсивної пластичної деформації волочінням при 77 К і 300 К та наступних термообробок.

Показано, що низькотемпературна деформація повзучості ніобію, після інтенсивних пластичних деформацій (е ~ 2,5), на вихідних стадіях повзучості відповідає логарифмічному закону, що пояснюється дією механізму виснаження дислокацій, оскільки процеси генерації лінійних дефектів в умовах високої дефектності структури ускладнюються. При подальшому зростанні напруження спостерігається зростання швидкості повзучості і перехід до степеневого закону е ~ t1/3. При цьому електроопір зразка зменшується на всіх етапах деформування. Встановлено, що зміна закону пластичної течії пов'язана з перебудовою структури, через руйнування фрагментованої структури, створеної попередньою деформацією волочінням, і формування нової, менш напруженої й більш стійкої до деформації розтягуванням структури (рис.9).

Рис. 9. Структура ніобію після деформації волочінням е~2,5 при 77 К (а) і наступної деформації повзучості е~1% при 300 К (b)

Швидкість повзучості зразків сплаву NbТі після великих пластичних деформацій ( ~ 4) волочінням також є значно вищою, ніж це має бути згідно із класичними уявленнями про механізми низькотемпературної повзучості (логарифмічний закон). Залежність деформації повзучості від часу описується степеневим законом. Питомий електроопір зразків у процесі повзучості зменшується на всіх етапах деформування.

Встановлено, що спостережувані особливості низькотемпературної повзучості й зміни електроопору в дуже спотворених структурах сплаву NbТі, які сформовано внаслідок великих пластичних деформацій при 300 і 77 К, обумовлено спільною дією процесів ковзання дислокацій, мартенситними перетвореннями й розвитком колективних мод пластичності у в-матриці, причому внесок того або іншого процесу в спостережувані ефекти у конкретних умовах є різним. Так, на початкових етапах повзучості процеси, пов'язані зі структурною нестійкістю (як фазової при 77 К, так і колективним рухом дислокацій при 300 К), дають відносно незначний внесок у деформацію, а під час подальшого розвитку деформації процеси, пов'язані з перебудовою структури й релаксацією напружень стають провідними.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішено поставлену задачу і встановлено особливості повзучості металів і сплавів із ГЩУ й ОЦК ґратками (Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі) в інтервалі температур 1,5-700 К у різних структурних станах, сформованих із використанням інтенсивних пластичних деформацій і термообробок; з'ясовано механізми і типи перешкод, що контролюють пластичну течію цих матеріалів у процесі повзучості.

1. Встановлено, що в умовах невеликого рівня термічної активації (Т < 0,1Tпл) відбуваються відхилення від класичних закономірностей пластичної течії цирконію. Спостережувані осциляції межі текучості цирконію при швидкості деформування 10-3 с-1 пов'язано зі зміною типу бар'єрів і механізмів, що контролюють пластичну течію в інтервалі температур 1,5-140 К, а також зі зміною умов утворення нових дислокацій.

2. Показано, що стрибкоподібну деформацію повзучості цирконію із розміром зерна 100 мкм при Т = 4,2 К обумовлено масовим двійникуванням, що ініціюється скупченнями дислокацій біля границь розділу.

3. Встановлено, що пластична течія цирконію з розміром зерна 100 мкм у процесі повзучості в інтервалі температур 1,5-300 К визначається логарифмічним законом й контролюється взаємодією дислокацій з домішками, дислокаціями лісу та бар'єрами Пайєрлса-Набарро, причому, зі зниженням температури зростає роль останніх.

4. Деформаційне зміцнення цирконію із розміром зерна 100 мкм при температурі 4,2 К обумовлено перерозподілом дислокацій і утворенням скупчень біля границь розділу. При температурі 77 К збільшення далекодіючих напружень і деформаційне зміцнення цирконію є наслідком зростання густини дислокацій і формування границь комірок.

5. Показано, що для дрібнозернистих (5-10 мкм) і фрагментованих (0,1-0,3 мкм) структур незалежно від типу ґратки (ГЩУ-Zr, Hf, Zr1Nb або ОЦК-Nb, NbТі), характерна велика швидкість повзучості при помірно низьких температурах (300 К), що відповідає степеневому закону залежності е ~ t1/3 і є результатом спільної дії процесів зміцнення й повернення.

6. Встановлено, що пластична течія під час повзучості дрібнозернистих Zr, Hf, та сплаву Zr1Nb в значній мірі обумовлена процесами релаксації напружень, що відбуваються на границях зерен, структура яких визначає особливості цих процесів.

7. Показано, що зміна закону повзучості дрібнодисперсних фрагментованих структур Zr, Zr1Nb, Nb, NbТі пов'язана з перебудовою попередньо створеної структури й формуванням нової структури, менш напруженої та більш стійкої до зміненої геометрії діючих напружень та швидкості деформування.

8. Встановлено, що зміну закону повзучості сплаву NbТі при температурі 77 К обумовлено розвитком фазового перетворення мартенситного типу, що викликає релаксацію напружень і приводить до розблокування дислокаційних скупчень.

Перелік робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Аксенов В.К. Скачкообразная ползучесть циркония в гелиевой области температур / В.К. Аксенов, И.А. Гиндин, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева // Физика низких температур. - 1982. - Т. 8 - № 5. - С. 526-531.

2. Аксенов В.К. Изменение дефектной структуры и деформационное упрочнение в процессе ползучести циркония при 77 К / В.К. Аксенов, И.А. Гиндин, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева // Физика металлов и металловедение. - 1983. - Т. 56. - Вып. 4. - С. 801-806.

3. Аксенов В.К. Особенности температурной зависимости предела текучести циркония в интервале 1,5-500 К / В.К. Аксенов, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева // Металлофизика. - 1985. - Т. 7. - № 5. - С. 43-48.

4. Аксенов В.К. Ползучесть циркония в интервале температур 1,5-140 К / В.К. Аксенов, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева // Физика металлов и металловедение. - 1986. - Т. 61. - Вып. 6. - С. 1192-1195.

5. Гиндин И.А. Ползучесть сверхпроводящего сплава НТ-50 при 4,2 и 77 К / И.А. Гиндин, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева, О.В. Черный // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная физика. - 1987. - Вып. 2 (8). - С. 34-36.

6. Аксенов В.К. Особенности деформационного упрочнения циркония в процессе ползучести при 4,2 К / В.К. Аксенов, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева // Физика металлов и металловедение. - 1990. - № 3. - С. 195-197.

7. Аксенов В.К. Особенности низкотемпературной ползучести сплава NbТі после больших пластических деформаций при 77 К / В.К. Аксенов, Я.Д. Стародубов, Е.В. Карасева, О.И. Волчок // Физика низких температур. - 2004. - Т. 30. - № 4. - С. 458-462.

8. Карасева Е.В. Механические свойства и ползучесть образцов из труб оболочек ТВЭЛ из сплава Zr1Nb в температурном интервале 77-650 К / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, Я.Д. Стародубов, Т.А. Дергач // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 2005. - № 3. - С. 94-98.

9. Карасева Е.В. Особенности ползучести и механизмы пластической деформации поликристаллического гафния в интервале температур 77-650 К / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, К.В. Ковтун, Р.В. Ажажа // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 2006. - № 4 (89). - С. 133-137.

10. Карасева Е.В. Влияние дефектной структуры на характеристики ползучести ниобия при низких температурах / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, А.В. Мац // Вопросы атомной науки и техники, серия: вакуум, чистые металлы, сверхпроводники. - 2007. - № 4. - С. 34-37.

11. Ажажа В.М. Механические свойства сплава Zr1Nb в интервале температур 300-700 К / В.М. Ажажа, И.Н. Бутенко, П.Н. Вьюгов, Н.П. Вьюгов, Е.В. Карасева, В.И. Савченко, В.И. Соколенко // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые металлы, сверхпроводники. - 2007. - № 4. - С. 79-81.

12. Борисова И.Ф. Особенности формирования текстуры циркония в условиях больших пластических деформаций и ее влияние на характеристики ползучести в интервале температур 300-700 К / И.Ф. Борисова, И.Н. Бутенко, Е.В. Карасева, Д.Г. Малыхин, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 2009. - № 2 (93). - С. 100-103.

13. Карасева Е.В. Особенности и механизмы пластической деформации ГПУ-металлов с разным размером зерна / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко // Физические явления в твердых телах: 7-ая Международная конференция, 14-15 декабря 2005г.: матер. конф. - Харьков, 2005. - С. 35.

14. Карасева Е.В. Особенности ползучести и механизмы пластической деформации поликристаллического гафния в интервале температур 77-650 К / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, Я.Д. Стародубов, К.В. Ковтун, Р.В. Ажажа // Современное материаловедение. Достижения и проблемы: междунар. конф., 26-30 сент. 2005 г.: тезисы докл. - Киев, 2005.- С. 321-322.

15. Ажажа В.М. Механические свойства сплава Zr1Nb в интервале температур 300-700 К / В.М. Ажажа, И.Н. Бутенко, П.Н. Вьюгов, Н.П. Вьюгов, Е.В. Карасева, В. И. Савченко, В. И. Соколенко // Актуальные проблемы прочности: 45-ая Междунар. конф., 25-28 сент. 2006 г.: тезисы докл. - Белгород, 2006. - С. 81-82.

16. Борисова И.Ф. Влияние механико-термических обработок на механические свойства и ползучесть циркония в области температур 300-700 К / И.Ф. Борисова, Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, А.В. Мац // Физические явления в твердых телах: 8-ая Международная конференция, 11-13 декабря 2007г.: тезисы докл. - Харьков, 2007. - С. 91.

17. Борисова И.Ф. Особенности формирования текстуры циркония в условиях больших пластических деформаций и ее влияние на характеристики ползучести в интервале температур 300-700 К / И.Ф. Борисова, И.Н. Бутенко, Е.В. Карасева, Д.Г. Малыхин, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Актуальные проблемы прочности: 47-ая Междунар. конф., 1-5 июля 2008 г.: тезисы докл. - Нижний Новгород, 2008. - С. 245-247.

18. Карасева Е.В. Структурные и активационные характеристики ниобия в интервале температур 77-300 К. / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, А.В. Мац // XVIII Петербургские чтения по проблемам прочности и роста кристаллов: междунар. конф., 21-24 октября 2008г.: сборник матер. конф. - Санкт-Петербург, 2008. - Ч. 2. - С. 227-229.

19. Борисова И.Ф. Особенности формирования текстуры циркония в условиях больших пластических деформаций и ее влияние на характеристики ползучести в интервале температур 300-700 К / И.Ф. Борисова, И.Н. Бутенко, Е.В. Карасева, Д.Г. Малыхин, А.В. Мац, В.И. Соколенко // ХVIII Международная конференция по физике радиационных явлений и радиационного материаловедения: междунар. конф., 8-13 сент. 2008 г.: тезисы докл. - Алушта, 2008. - С.166-167.

20. Борисова И.Ф. Влияние температуры прокатки на текстуру и сопротивление ползучести сплава Zr1Nb / И.Ф. Борисова, И.Н. Бутенко, Е.В. Карасева, Д.Г. Малыхин, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Современное материаловедение. Достижения и проблемы: междунар. конф., 7-9 окт. 2008 г.: тезисы докл. - Киев, 2008. - С. 282.

21. Карасева Е.В. Ползучесть и электрофизические свойства Zr, деформированного прокаткой при 100 К и 300 К / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, В.А. Фролов // Физические явления в твердых телах: 9-ая Международная конференция, 1-4 декабря 2009 г.: матер. конф. - Харьков, 2009. - С. 108.

22. Карасева Е.В. Особенности релаксации напряжений в процессе ползучести Zr, полученного методом интенсивной пластической деформации / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, В.А. Фролов // Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий: междунар. семинар, 16-18 июля 2009 г.: тезисы докл. - Обнинск, 2009. - С. 103-104.

23. Карасева Е.В. Влияние интенсивной пластической деформации на ползучесть и электрофизические свойства сплава Zr1Nb. / Е.В. Карасева, В.И. Соколенко, В.А. Фролов // Перспективные материалы и технологии: междунар. симпозиум, 25-29 мая 2009 г.: тезисы докл. - Витебск, 2009. - С. 90.

24. Борисова И.Ф. Особенности формирования дефектной структуры Zr и сплава Zr1Nb в процессе низкотемпературной прокатки / И.Ф. Борисова, И.Н. Бутенко, Е.В. Карасева, Д.Г. Малыхин, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Актуальные проблемы прочности: 49-ая Междунар. конф., 14-18 июля 2010 г.: тезисы докл. - Киев, 2010. - С. 108.

25. Бутенко И.Н. Влияние предварительной деформации ковкой на механические свойства и структуру сплава Zr1Nb в интервале температур 300=700 К / И.Н. Бутенко, О.М. Ивасишин, Е.В. Карасева, П.Е. Марковский, В.И. Соколенко // ХIХ Международная конференция по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению: междунар. конф., 6-11 сент. 2010 г.: тезисы докл. - Алушта, 2010. - С. 103.

Анотація

Карасьова Є.В. Повзучість перехідних металів і сплавів Zr, Hf Zr1Nb, Nb, NbТі в різних структурних станах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України. - м. Харків. - 2011.

У роботі встановлено особливості повзучості металів і сплавів із ГЩУ й ОЦК ґратками (Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі) в інтервалі температур 1,5-700 К у різних структурних станах, сформованих із використанням інтенсивних пластичних деформацій і термообробок; з'ясовано механізми і типи перешкод, що контролюють пластичну течію цих матеріалів у процесі повзучості.

Показано, що в умовах малого рівня термічної активації (Т<0,1Tпл) відбуваються відхилення від класичних закономірностей пластичного плину цирконію з розміром зерна 100 мкм.

Повзучість цирконію із розміром зерна 100 мкм у інтервалі температур 1,5-300 К відбувається за логарифмічним законом й контролюється взаємодією дислокацій з домішками, дислокаціями лісу й бар'єрами Пайєрлса-Набарро.

Вперше показано, що для дрібнозернистих (5-6 мкм) і фрагментованих (0,1-0,3 мкм) структур незалежно від типу ґратки (ГЩУ або ОЦК) характерна велика швидкість повзучості при помірно низьких температурах (300 К), що відповідає степеневому закону залежності е~t1/3 і є наслідком спільної дії процесів зміцнення й повернення.

Встановлено, що пластична течія під час повзучості дрібнозернистих Zr, Hf, та сплаву Zr1Nb в значній мірі обумовлена процесами релаксації напружень, що відбуваються на границях зерен, структура яких визначає особливості цих процесів.

Показано, що зміна закону повзучості дрібнодисперсних фрагментованих структур Zr, Zr1Nb, Nb, NbТі пов'язана з перебудовою попередньо створеної структури й формуванням нової структури, менш напруженої та більш стійкої до зміненої геометрії діючих напружень та швидкості деформування.

Встановлено, що зміну закону повзучості сплаву NbТі при температурі 77 К обумовлено розвитком фазового перетворення мартенситного типу, що викликає релаксацію напружень і приводить до розблокування дислокаційних скупчень.

Ключові слова: повзучість, перехідні метали, механізми пластичної течії, границі зерен, інтенсивна пластична деформація.

Аннотация

Карасева Е.В. Ползучесть переходных металлов и сплавов Zr, Hf Zr1Nb, Nb, NbТі в различных структурных состояниях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины. - г. Харьков. - 2011.

В работе проведено систематическое исследование особенностей ползучести металлов и сплавов с ГПУ и ОЦК решеткой (Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі) в интервале температур 1,5-700 К в различных структурных состояниях, сформированных с использованием интенсивных пластических деформаций и термообработок.

Установлены закономерности и механизмы ползучести, а также типы препятствий, контролирующие пластическое течение исследованных материалов в процессе ползучести.

Показано, что в условиях малого уровня термической активации (Т < 0,1Tпл) происходят отклонения от классических закономерностей пластического течения циркония. Наблюдаемые осцилляции предела текучести циркония при скорости деформирования 10-3 с-1 связываются с изменением типа барьеров и механизмов, контролирующих пластическое течение в интервале температур 1,5-140 К, а также условий образования новых дислокаций.

Скачкообразная деформация ползучести при температуре 4,2 К циркония с размером зерна 100 мкм обусловлена массовым двойникованием, которое инициируется скоплениями дислокаций у границ раздела.

Пластическое течение циркония c размером зерна 100 мкм в процессе ползучести в интервале температур 1,5-300 К подчиняется логарифмическому закону и контролируется взаимодействием дислокаций с примесями, дислокациями леса и барьерами Пайерлса-Набарро, причем, с понижением температуры возрастает роль последних.

Деформационное упрочнение циркония c размером зерна 100 мкм при 4,2 К обусловлено перераспределением дислокаций и образованием скоплений у границ раздела. При температуре 77 К увеличение дальнодействующих напряжений и деформационное упрочнение циркония обусловлено ростом плотности дислокаций и формированием границ ячеек.

Впервые показано, что для мелкозернистых (5-6 мкм) и фрагментированных (0,1-0,3 мкм) структур независимо от типа решетки (ГПУ или ОЦК) характерна большая скорость ползучести при умеренно низких температурах (300 К), что соответствует степенному закону зависимости е~t1/3 и является результатом совместного действия процессов упрочнения и возврата.

Пластическое течение мелкозернистых и фрагментированных структур Zr, Hf, Zr1Nb в интервале температур 300-700 К обусловлено совместным действием нескольких механизмов, обеспечивающих упрочнение и возврат. Это могут быть как процессы внутризеренного скольжения, переползания дислокаций, скольжения по границам зерен, так и процессы фрагментации и ротации зерен, что определяется структурой границ. Релаксация напряжений в процессе ползучести фрагментированных структур осуществляется за счет перестройки структуры.

Установлено, что изменение закона ползучести сплава NbТі при температуре 77 К обусловлено развитием фазового превращения мартенситного типа, вызывающего релаксацию напряжений, и разблокировку дислокационных скоплений

Ключевые слова: ползучесть, переходные металлы, механизмы пластического течения, границы зерен, интенсивные пластические деформации.

Abstract

Karaseva E. V. Creep of transitive metals and alloys Zr, Hf Zr1Nb, Nb, NbТі in various structural states. - Manuscript.

Dissertation for a candidate's science degree in physics and mathematics, specialty 01.04.07 - solid state physics. - Institute of Electrophysics & Radiation Technologies, National Academy of Since of Ukraine, Kharkov, 2011.

In dissertation at temperatures' interval 1,5 - 700 К the creep of transitive metals and alloys with FCC and BCC lattice (Zr, Hf, Zr1Nb, Nb, NbТі) in various structural states, which formed under condition of intensive plastic deformation, is carried out.

Mechanisms of plastic deformation and the obstacles types, which control the plastic flow of investigated materials during the creep, are established.

It is shown, that in conditions of a low level of thermal activation (Т<0,1Tm) there are deviations from classical laws of zirconium plastic flow with the grain size 100 µm.

Creep of zirconium with the grain size 100 µm in temperatures' interval 1,5-300 K submits to the logarithmic law and is controlled by dislocation interaction with impurity, forest dislocation and Payerls-Nabarro barriers.

For the first time it is shown, that for fine-grained (5-6 µm) and fragments (0,1-0,3 µm) structures independently of a lattice type (FCC or BCC) the large creep speed is the characteristic at relatively low temperatures (300 К). That corresponds to the degree law of deformation dependence е ~ t1/3 and is a result of combined action the processes of hardening and return.

It is shown, that the big creep speed of fine-grained and fragmentized Zr, Hf, Zr1Nb Nb, NbТі is a result of the return processes on grain boundaries and its structure answered for the type of this processes. That may be the dislocation slip during the grain, creep over, the slip on grain boundaries, fragmentation and rotation of grain.

Key words: creep, transitive metals, mechanisms of plastic flow, grains boundaries, intensive plastic deformation.

Размещено на Allbest.ru

...