К.ф.-м.н Билюк А.И., Билюк А.А., Холод А.П ., Красна Л. М., Витюк А. В.

ЭНЕРГИЯ ДЕФЕКТА УПАКОВКИ В АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ

Энергия дефекта упаковки дислокаций (ЭДУ) в зависимости от концентрации примесей может быть выражена суммой двух составляющих:

g = g_m + g_{b ,}

где g_m - матричная составляющая ЭДУ, g_b - сегрегационная составляющая этой величины, которая определяется энергией атмосферы сегрегующих атомов.

Часть матричной складовой ЭДУ, которая связана с атомами алюминий медь, и цинк, виражается уравнением [1]:

где - разность свободных энергий элементов замещения; - магнитная свободная энергия α-фазы этих элементов; Х_m - иx концентрация, V_m - молярный объем, - разность энергий взаимодействия между атомами замещения разного сорта в ГЦК и ГПУ . Для сплава Аl — 21%Zn получим g_m = 0,066 Дж/м² .

Рассчитаем сегрегационную составляющую ЭДУ g_b сплава алюминий-цинк в зависимости от трёх составляющих свободной энергии [2]: 1) - изменение химической свободной энергии за счет cerpeгaции атомов Zn на ДУ; 2) - изменение упругой свободной энергии, которая связанная с сегрегацией Zn на ДУ; 3) -изменение поверхностной свободной энергии, связанной с разностью концентрации атомов цинка на ДУ и в матрице. Составляющей можно пренебречь, так как отношение dV/dX малое, а составляющую не учитывали , поскольку энергия взаимодействия атомов Zn з ДУ W_Zn очень мала. То есть, можно записать:

где:

Концентрация цинка в твердом растворе X_m(Zn) = 0,21 концентрация этого элемента на ГПУ будет соответственно X_s(Zn)=0,46_. Таким образом получим:

g_s = 0,011 Дж/м².

Суммируя матричные g_m и сегрегационные g_s составляющие ЭДУ, получим g = 0,055 Дж/м². Данное значение хорошо согласуется с экспериментальными данными (0,054Дж/м²) (Рис.1). Исследования были проведены и для сплавов Al-Cu. Так, для сплава Al-4% Cu значение ЭДУ составляет 153 мДж/м² (Рис.2).

Рис.1. Зависимость ЭДУ от д концентрации цынка

Таким образом, примеси цинка уменьшают ЭДУ. которая для алюминия составляет g_Al » 0,28 Дж/м² при e = 10'^-5c^-1. То есть область ДУ между частями разшеплённой дислокации мала и это усложняет переразпределение дислокаций в матрице с последующим их закреплением в субграницы.

Рис.2. Зависимость ЭДУ от д концентрации меди

Поэтому, для переразпределения i закрепления дислокаций в субзернах необходимо увеличить силовые i тепловые поля, что подтверждено експериментально[4].

ЛІТЕРАТУРА

1. Бутакова Э.Д., Малышев К.А., Носкова Н.И. Энергия дефекта упаковки в сплавах Fe-Ni, Fe-Ni-Cr. – ФММ,1973, вып.3. с.662-664.

2. Носкова Н.И., Павлов В.А. Дефекты упаковки в тугоплавких металлах и сплавах.- ФММ,1974.37, вып.1,с.142-147.

3. Лысак Л.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали. Киев: Техника, 1975, с. 131.

4. Лисий М. В. Формування зміцнюючої субструктури в композиційних матеріалах на основі алюмінію /М.В. Лисий, О. В. Мозговий , А. І Білюк //Вісник ВПІ. - №3. – 2012. – С. 148-153.