К.ф.-м.н. Білюк А.І., Білюк А.А. Мисліцька К.Ю.

Вінницький державний педагогічний університет, Україна

 

ДОСЛІДЖЕННЯ СУБСТРУКТУРИ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ МЕТОДОМ МЕХАНІЧНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ

В роботі проведено дослідження впливу високотемпературного термоциклювання в полі зовнішніх напруг (ВТЦО в ПЗН) і величини зерна на формування і стабілізацію субструктури в алюмінієвих і мідних сплавах.

Дослідження температурної залежності внутрішнього тертя (ТЗВТ) після ВТЦО в ПЗН проводились на великозернистих зразках АІ-Си, БрБ2 про що свідчить проявлення невеликого зернограничного ефекта при 653-633 К (ефект D) та домішкового зернограничного піка біля 673-693 К (ефект Е) [1, 2].. Уже один термоцикл створює підвищену концентрацію дефектів кристалічноі будови, а нагрівання цього зразка в навантаженому стані зумовлює проявлення субструктурних ефектів: А при 493 К, В при 553 К і С при 598 К. Крім цього спостерігається ефект при 453 К, який зв'язується з релаксацією Зінера [2].

Найбільш чітко проявляються ефекти А і В. Вони свідчать про інтенсивний процес полігонізації в навантаженому стані, тобто найбільш активно проходить перерозподіл дислокацій в стінки і дифузія точкових дефектів вздовж стінок [3] При цьому проходить також деяке збільшення зернограничного ефекта при 653 К і його зміщення в область низьких температур до 633 К. Такий факт свідчить про подріблення зерна при ВТЦО в ПЗН. Збільшення числа термоциклів до 5 залишає майже незмінним пік А, а пік В зменшився, що свідчить про перерозподіл значного числа дислокацій в стінки. Пік С при цьому розширився, що вказує на виникнення всередині субзерен не тільки окремих дислокацій але і їх скупчень. Зернограничний ефект продовжує зростати і змішується далі в область низьких температур. Після 5 термоциклів він проявляється при 628 К. Домішковий зернограничний ефект суттєвих змін не зазнає. Характерною особливістю подальших досліджень є те, що величина субструктурних ефектів не знаходиться в прямій пропорціональній залежності від кількості термоциклів. їх величини осцилюють з затухаючою амплітудою. Період осциляції становить біля 15 ВТЦО. Стабілізація субграничних ефектів проходить після 60 ВТЦО.

Для ідентифікації механізмів затухання були визначені відповідні значення енергії активації релаксаційних процесів після ВТЦО в ПЗН. Енергія активації

                                                  Е = Еfv + Еdv + Еj                                                       (1)

де Еfv і Еdv,. - відповідно енергія утворення і руху вакансії; Еj - енергія утворення сходинок. Якщо концентрація сходинок перенасичена, то

                                                          Е = Еfv + Еdv                                                       (2)

процесу, що обумовлює появу піка С, досить близько відповідає енергії активації самодифузії в алюмінії. Тому це затухання пов'язане із переповзанням скупчень дислокацій і їх "прибудовою" до малокутових дислокаційних стінок в умовах розвиненої об'ємної сітки полігональних меж. При переповзанні дислокації внаслідок неконсервативного руху окремих її ланок, що з'єднані сходинками, можливий процес об'ємної дифузії. У відповідності з [4] енергія активації руху сходинки рівна:

Енергія активації процесу, що відповідає піку С, відрізняється від енергії активації піка В на величину порядка 9.6кДж/моль (0.1 еВ), що співпадає з енергією утворення сходинок [4]. Це дозволяє зробити висновок, що в основі релаксаційних ефектів, які обумовлюють піки В і С, лежить елементарний процес переповзання дислокацій. Але у випадку піка С він контролюється утворенням і рухом сходинок, а у випадку піка В - переміщенням сходинок по вакансійному механізму.

Характер залежності Е від кількості ТЦО визначається зміною ступеня спотворення градки в місцях локалізації внутрішніх напруг, наприклад в голові скупчення дислокацій. Тоді

                                                    Е = Еfv + Еdv + Еj – σn b3                                          (3)

 

де σn- пружний стиск в зонах концентрацій внутрішніх напруг, b -вектор Бюргерса.

При збільшені термоциклювання металу значення σnb3 досягає максимуму, що відповідає мінімуму Е, а потім, в міру досягнення системою квазірівноваж-ного стану, зменшується до нуля і починає виконуватися умова (1). В зв'язку з цим пік С повинен бути чутливий до кількості ТЦО.

Значення енергії активації піку А співпадає з даними енергії активації зер-нограничної дифузії [4]. Тому пік А слід розглядати як результат розсіювання енергії субмежами, тобто розсіювання внаслідок взаємодії дислокацій з дифундуючими по малокутовим межам точкових дефектів. Побічним підтвердженням цьому служить співпадання температур проявлення піка А і зернограничної релаксації типу вивченої в роботах [1,5,6].

 

Література:

1. Билюк А.И., Зузяк П.М., Бунтарь О.Г. Эволюция структуры дисперсионно-твердеющих сплавов после термоциклювання под нагрузкой, / / ​​Вестник Винницкого политехнического института. - 1997. - № 3. - С. 110-115

2. Koher J.S. / / Imperfections in Nearly Perfect Crystals / / Ed. By W. Shockly et. al. Wiley., New York, 1952. -P. 197-212.

3. Granato A.V., Lucke K. / / J. Appl. Phys., 1956.-V.27 .- № 6-P.583-593.

4. Granato A.V., Lucke K. / / J. Appl. Phys., 1981.-V.52 .- № 12-P.7136-7142.

5. Механическая спектроскопия металлических материалов / Блантер М.С., Головин И.С., Головин С.А. и др. - М.: МИА, 1994 .- 256с.

     6. Білюк А.І. Еволюція механічних, теплових характеристик і параметрів субструктури берилієвої бронзи після термоциклювання /[Білюк А.І., Білюк А.А., Батуєв О.О., Чехівська Ю.С. ].-Praha: Publishing House «Education and Science»s.r.o., 2012.-88с.