Билюк А.И., Редько А.А., Слободянюк В.С.

ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ| НА СУБСТРУКТУРУ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Амплитуднозависимое внутреннее трение (АЗВТ) позволяет не только оценить|оценивать| весь комплекс характеристик дислокационной структуры, но и проследить за их развитием под действием температурно-часовых|временных| и силовых факторов. Аналитическое обоснование теории АЗВТ и ее модификаций|модификации| приведено в работах [1,2,4].

Для исследования были выбраны|избрал| алюминиевые сплавы Al-2%Cu| –2% Zn| (сплав 1), Al-2%Cu| –7% Zn| (сплав 2) и Al-2%Cu| (сплав 3). Для создания в исследуемых материалах развитой субструктуры термоциклювання проводилось в интервале температур 510-20 ⁰С со скоростью нагревания и охлаждения 50 ℃×с^-1. Внешняя нагрузка растягивания (ПЗН) составляла 0,2-0,4s_0,2. Внутреннее трение измеряли на низкочастотном (~1Гц) приборе типа обратного крутильного маятника [3,4].

На рисунку| 1 приведены результаты АЗВТ после 20 ТЦО (кривая 1) и 20 ТЦО в ПЗН (кривая 2) для сплава Al-2%Cu| –2% Zn| (результаты АЗВТ для других сплавов аналогичны ).

Значение второй критической амплитуды деформации g_кр.2 после 20 ТЦО в ПЗН, которая характеризует процесс размножения и движения дислокаций в твердом растворе за механизмом Франка-Рида, больше в 1.22-1.64 (сплав 1), 1.28-1.70 (сплав 2) и 1.1-1.3 (сплав 3) раз, чем после 20 циклов обычного ТЦО ( рис. 1).

Рис.1 АЗВТ сплаву Al-2%Cu| –2% Zn| после 20 ТЦО (кривая 1(●,■|)) и 20 ТЦО в ПЗН (кривая 2(∆,х|))

Расчеты параметров дислокационной структуры, которые сделаны на основе теории Гранато - Люкке (ГЛ), отвечают результатам эксперимента при деформациях γ_кр.1<γ<γ_кр.2. Рассеивание механической энергии в материалах, согласно теории ГЛ, описывается формулой:

(1)

где C₁ и C₂ - коэффициенты, которые определяют из данных АЗВТ в координатах ГЛ. Постоянная C₁ связана с плотностью дислокаций Λ соотношением:

(2)

а постоянная C₂ определяется длиной дислокационного сегмента:

(3)

где A₁=(Λ/Λ₀)(P_m/4aM); P_m – сила отрыва дислокации от точки закрепления; Λ- фактор, который зависит от напряжения на плоскости скольжения.

Между величинами γ_кр.2 і L_n (длина дислокации между сильными точками закрепления) существует соотношение:

(4)

Уравнение (2), (3) и (4) позволяют найти параметры дислокационной структуры L_c, L_n і Λ.

Но данный метод имеет существенный недостаток, поскольку определены таким образом константы C₁ и C₂ описывают непосредственно экспериментальную зависимость лишь в узкой области спектра амплитудной зависимости ВТ. Поэтому на основе теории ГЛ авторами предлагается описание АЗВТ во всех областях методом регрессивного анализа. Экспериментальная зависимость хорошо описывается формулой:

(5)

где δ_і вычисляются на основе теории ГЛ за формулами (1,5).

С помощью|посредством| этого метода развязывается|решается| система линейных уравнений вида:

(6)

Получив значение для C₁ и C₂ и использовав выражения для C₁ и C₂ согласно теории ГЛ можно найти параметры L_c і L_n между слабыми и сильными точками закреплений, плотность дислокаций Λ, концентраци. точечных дефектов на дислокации c_д.

В табл.1 сравнительно результаты расчетов для сплава Al-4%Cu|–1%Zn| методами[2,4]. Причем последние хорошо коррелируют с экспериментальными данными. Расхождение|разногласие| между ними не превышает 3-5%.

При достаточно малых значениях амплитуд деформаций проявляется микропластичность|, которая|какая| вызвана движением дислокаций в поле переменных|изменяемых| напряжений. В этом плане наиболее информативным является метод ВТ: с ростом амплитуды деформации в рассеивание энергии в материале включаются все новые дислокационные источники|исток|, вклад которых|каких| в общее поглощение энергии механических|механичных| колебаний разный|различный|.

Характерным для субструктурного укрепления является интенсивный рост плотности дислокаций, которые блокируются|сблокировывают| примесями во время дисперсионного отвердевания|затвердевания|. При эквивалентных количествах термоцыклов| плотность дислокаций в условиях ТЦО в ПЗН растет|вырастает| в 1,2 раза интенсивнее, а чем при обычной термоциклировании| (табл.1).

Таблица 1

Параметры дислокационной структуры сплава Al-4%Cu| –1% Zn|, которые|какие|

рассчитанные за методиками [2, 4]

N	Ln·10^6, м		Lc·10^8, м			Λ·10^-12, м^-2			cД
ТЦО	А, В	ГЛ	А	В	ГЛ	А	В	ГЛ	А	В	ГЛ
0 5 10 25 50	2.4 2.2 1.8 1.4 1.8	5.1 2.4 1.8 2.1 0.9	10 12 11 9 9.4	1.4 1.6 1.3 0.9 0.8	10.8 12.4 10.2 8.5 7.3	55 40 55 60 62	8.0 5.7 9.8 18.0 14.5	21.5 22.7 38.0 45.0 60.0	21 20 19 16 20	38 21 18 19 26	28 17 16 26 16

Примечания*:1. А (γ_кр.1<γ<γ_кр.2), В (γ>γ_кр.2) - расчет параметров дислокационной структуры проводился по методике [4]. 2. ГЛ (γ_кр.1<γ<γ_кр.2), - по методике [2]. 3. c_Д - концентрация примесных атомов на дислокации (c_Д = L_n/L_c).

Развитие дислокационной структуры в процессе термоциклювання сопровождается резким уменьшением длины дислокационных сегментов между точками закрепления на дислокационных линиях (L_c) и между узлами дислокационной сетки (L_n). Уменьшения параметров L_c и L_n после ТЦО в ПЗН свидетельствуют о значительном измельчении дислокационной сетки. Дано структурное состояние металлов характеризуется высокой энергоемкостью и их способностью более равномерно распределять внешние напряжения по всему объему материалов или технических конструкций из них, что, в сочетании с повышенным уровнем термической стабильности заблокированных субпределов, приводит к резкому повышению сопротивления пластической деформации при комнатной и повышенной температурах.

Таким образом, измерение амплитудных зависимостей ВТ на разных|различных| этапах субструктурного укрепления металлов позволяет обнаружить|выявлять| общие закономерности формирования, стабилизации и распада сеток|сетки| полигональных пределов|границы|, состояние|стан| которых|каких| непосредственно определяет уровень и стабильность высокотемпературных свойств.

Литература:

1. Билюк а.И., Зузяк п.М., Бунтар О.Г. Эволюция структуры дисперсионно-твердеющих сплавов после термоциклирования| под нагрузкой.// Вестник Винницкого политехнического института. – 1997. – №3. – С.110-115.

2. Granato A.V., Lucke K. // J. Appl. Phys. –1981. –V.52. -№12ю –Р.7136-7142.

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

4. Зузяк П. М., Билюк А. И. и др.. Контроль дислокационной структуры материала методом регрессионного анализа. // Материалы 7-й Российской научно-технической конференции "Демпфирующие материалы''. -Киров. –1994 – С142.