Билюк А.И., Токарчук А.А., Харкун И.С., Билюк А.А.

Винницкий педагогический государственный университет

имени М. Коцюбинского, Украина

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДИСЛОКАЦЫОННОЙ СТРУКТУРЫ СПЛАВА Al-2% Cu -1% Zn ПОСЛЕ ТЕРМОЦЫКЛИРОВАНИЯ

Амплитуднозависимое внутреннее трение (АЗВТ) позволяет не только оценить весь комплекс характеристик дислокационной структуры, но и проследить за их развитием под действием температурно-временных и силовых факторов. Аналитическое обоснование теории АЗВТ и ее модификаций приведено в работах [1,2,3,4,5].

Исследовался алюминиевый сплав Al-2% Cu -1% Zn. Термоциклирования (ТЦО) проводилось в интервале температур 210-20 0С со скоростью нагрева и охлаждения 50 ℃ × с-1. Внутреннее трение измеряли на низкочастотном (~ 1Гц) приборе типа обратного крутящего маятника [1,3].

Значение второй критической амплитуды деформации _кр.2 после 20 ТЦО, которая характеризует процесс размножения и движения дислокаций в твердом растворе по механизму Франка-Рида, больше в 1.67 раз, чем после обычного старения при данной температуре.

При достаточно малых значениях амплитуд деформаций проявляется микро-пластичность, вызванная движением дислокаций в поле переменных напряжений. В этом плане наиболее информативным является метод АЗВТ. С ростом амплитуды деформации в рассеяние энергии в материале включаются все новые дислокационные источники, вклад которых в общее поглощение энергии механических колебаний разный.

В области, отвечающей деформациям γ_кр.1 <γ <γ_кр.2, проходит отрыв дислокаций от примесных атомов и они остаются закрепленными только в узлах дислокационной сетки Ln. Рассеяния механической энергии в материалах, согласно теории [4], описывается формулой:

(1)

где C₁ и C₂ - коэффициенты, определяющие из данных АЗВТ в координатах Граната-Люке. Постоянная C₁ связана с плотностью дислокаций Λ соотношением:

(2)

где Ω – ориентационный фактор (0,5), , G – модуль сдвига, С – сила натяжения дислокации, - плотность дислокации в металлах.

а постоянная C₂ определяется длиной дислокационного сегмента:

(3)

где η – параметр несоответствия Котрелла , b – вектор Бюргерса () , .

Вторая критическая амплитуда деформации γ_кр.2 соответствует напряжению, которая вызывает генерирования дислокаций источниками длиной Ln по механизму Франка-Рида. По этой амплитуды начинается увеличение фона ВТ. Между величинами γ_кр.2 и Ln (длина дислокации между сильными точками закрепления) существует соотношение:

(4)

Уравнения (2), (3) и (4) позволяют найти параметры дислокационной структуры Lc, Ln и Λ. Кроме этого, метод АЗВТ позволяет определить энергию связи дислокации Hд с блокирующим атомом по величине γ_кр.1 и дефект модуля ΔM / M:

(5)

где М – модуль упругости.

(6)

где C_д - концентрация примесных атомов на дислокации (c_Д = L_n/L_c),

– приведенная длина дислокации.

В таблице по сравнению результаты расчетов параметр sd дислокационной структуры для сплава Al-4% Cu -1% Zn методикам [4,6]. Причем последние хорошо коррелируют с экспериментальными данными. Расхождение между ними не превышает 3-5%.

Таблица

Параметры дислокационной структуры и дефект модуля сплава Al-2% Cu -1% Zn, которые рассчитаны по методикам [ 4,6]

N	м		м						СД
ТЦО	А, В	ГЛ	А	В	ГЛ	А	В	ГЛ	А	В	ГЛ	А
0	2,4	5,1	10	1,4	10,8	55	8,0	21,5	21	38	28	0,15
5	2,2	2,4	12	1,6	12,4	40	5,7	22,7	20	21	17	0,10
10	1,8	1,8	11	1,3	10,2	55	9,8	38,0	19	18	16	0,18
25	1,4	2,1	9	0,9	8,5	60	18,0	45,0	16	19	26	0,12
50	1,8	0,9	9,4	0,8	7,3	62	14,5	60,0	20	26	16	0,13

Примечания *:1. А (γ_кр.1<γ<γ_кр.2), В (γ>γ_кр.2) - расчет параметров дислокационной структуры проводился по методике [6]. 2. ГЛ (γ_кр.1<γ<γ_кр.2), - по методике [4].

Характерным для субструктурного укрепление является интенсивный рост плотности дислокаций, блокируемых примесями при дисперсионного твердения. При термоциклировании плотность дислокаций растет в 1,2 раза интенсивнее, нежели при обычном старении (табл.).

Развитие дислокационной структуры в процессе термоциклирования сопровождается резким уменьшением длины дислокационных сегментов между точками закрепления на дислокационных линиях (Lc) и между узлами дислокационной сетки (Ln). Такие данные получены из результатов измерения амплитудной зависимости ВТ с последующей их обработкой согласно моделей [4,6] (табл.).

Уменьшение параметров Lc, Ln и после ТЦО свидетельствуют о значительном измельчения дислокационной сетки. Данное 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 субграниц приводит к резкому повышению сопротивления пластической деформации при комнатной и повышенной температурах.

Таким образом, измерение амплитудных зависимостей ВТ на разных этапах субструктурного упрочнения металлов позволяет выявить общие закономерности формирования, стабилизации и распада сеток полигональных границ, состояние которых непосредственно определяет уровень и стабильность высокотемпературных свойств металлов и сплавов.

Литература:

1. Білюк А.І. Еволюція структури дисперсійно-твердіючих сплавів після термоциклювання під навантаженням / Білюк А. І., Зузяк П.М., Бунтар О.Г. Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 1997. – №3. – С.110-115.

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

3. Білюк А.І. Вплив термоциклювання під навантаженням на структурні зміни дисперсійно-твердіючих алюмінієвих сплавів//Металофізика і новітні технології.-1997.-Т.19.-№6.-С.78-80.

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

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

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