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.