к. ф.-м. н. Билюк А.И., Билюк А.А., Климов И.И.

ХАРАКТЕР ЗМІНМИ ДИСЛОКАЦІЙИХ ХАРКТЕРИСТИК АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ

За характер зміни і стабілізації властивостей сплавів відповідають характеристики дислокаційної структури, які залежать від впливу зовнішніх і внутрішніх факторів [1,2,3]. Так температура конденсації насичених дислокаційних атмосфер є характеристикою стану дислокаційної структури твердого розчину, за якої змінюється ступінь релаксації дислокаційних полів пружними полями домішкових атомів, які суттєво впливають на міцність матеріалу [4,5].

В даній роботі досліджували методом механічної спектроскопії вплив легуючих елементів на залежність від концентрації домішкових атомів і кількості термоциклів (ТЦО) .

Матеріалами для дослідження були вибрані дисперсійно-твердіючі сплави (ДТС) на основі алюмінію Al-(0,5; 3)%Cu. При дослідженні фіксувався низькочастотний спектр пружної енергії ДТС при їх ТЦО. Високотемпературні термоциклювання (ВТЦО) проводились в інтервалі температур (783-283) K із швидкістю нагрівання і охолодження 50К×s^-1, а низькотемпературне (НТЦО) – в інтервалі температур дисперсійного твердіння (423-283) K зі швидкістю нагрівання та охолодження 20К×s^-1. Амплітудно-залежне внутрішнє тертя (АЗВТ) вимірювали на низькочастотному приладі типу оберненого крутильного маятника в інтервалі амплітуд деформації і частот .

Експериментально температуру конденсації визначали за початком зміни температурної залежності першої критичної амплітуди деформації . Оскільки неосновний центр закріплення дислокації, від якого відбувається відрив, складається із деякої кількості атомів, що знаходяться в площинах, перпендикулярних до лінії дислокації, і утворюють атмосферу. Тому всі атоми атмосфери, які належать даному центру, будуть утримувати дислокацію від відриву, тобто:

(1)

де – модуль зсуву; – енергія зв’язку домішкового атома з дислокацією.

Момент початку зміни температурної залежності відповідає виходу периферійних атомів із атмосфери, що приводить до зниження ефекту закріплення і приводить до зменшення . При цьому енергія зв’язку спадає із збільшенням відстані . Таким чином, згідно виразів [4,5] і формули(1) температуру конденсації слід розуміти як таку, поблизу якої зміна радіуса атмосфери змінює першу критичну амплітуду відриву на величину порядку межі чутливості методу. При високих температурах дислокації вільні від домішкових атомів і фон амплітудних залежностей ВТ високий. При зниженні температури вимірювань АЗВТ збільшується кількість центрів закріплення дислокації, їх розмір та густина домішкових атомів в атмосфері. Наслідком цього є зниження фону і збільшення критичної амплітуди відриву. В міру осідання домішок пружне поле дислокації релаксується полями атомів домішок, про що свідчить зниження інтенсивності фону затухання та зростання першої критичної амплітуди деформації .

Поведінка від для даної системи сплавів обумовлює зміну пружної енергії дислокації в процесі формування розширеної атмосфери. Розширена атмосфера є локальною областю з підвищеною концентрацією домішок, в якій змінюється концентраційний параметр гратки в залежності від знаку розмірної невідповідності (+10,8%) [6]. Наслідком цього ефекту є збільшення або зменшення пружних властивостей матриці в області дислокації,

насиченої атмосферою [6,7].

Для сплавів Al-Cu в процесі насичення атмосфери дислокації домішковими атомами проходить підвищення гнучкості дислокації, що приводить до зростання її здатності прийняти на себе додаткові атоми домішок, до збільшення радіуса її пружного поля та встановлення термодинамічної рівноваги між атмосферою і матрицею при менших температурах.

Параметри насичених дислокаційних атмосфер (див.табл.) були обчислені за рівнянням (1) з врахуванням локальної зміни модуля пружності [5]. Граничне число атомів домішок в атмосфері розраховувалось за формулою (2).

(2)

де: і – радіуси атомів матриці і домішки; – деформація гратки, зумовлена присутністю дислокації; – радіус захоплення пружного поля дислокації.

Таблиця.

Параметри насичених дислокаційних атмосфер у сплавах Al‑Cu.

Сплав	r2(b) [4,5]	R1(b)	N	dM/M×dc [7]
Al-0,5%Cu	48	23,5	70	+19,6%
Al-3%Cu	61	30,6	90
Al-0,031%Cu [8]	41	21,0	48
Al-0,02Cu% [8]	39	19,0	45

- нормований дефект модуля зсуву.

На рис.1 приведені результати залежності температури конденсації T_к і тангенса кута нахилу АЗВТ (tgq) та другої критичної амплітуди деформації (g_кр2) від кількості ТЦО в ПЗН для сплаву Al-3%Cu.

Рис 1. Залежності T_k (кр.1), tg (кр.2) і (кр. 3) від кількості ТЦО в ПЗН для сплаву Al-3%Cu.

Характер зміни від кількості ТЦО добре корелює із зміною тангенса кута нахилу фону АЗВТ (tgq), а також другою критичною амплітудою деформації АЗВТ , оскільки збільшення і та зниження характеризує зростання границі пружності матеріалу. Таким чином, результати досліджень свідчать, що ВТЦО і зовнішні поля навантаження суттєво впливають на кінетику розвитку дислокаційної субструктури. Внаслідок усунення точкових дефектів і мікропластичної деформаціі зі супроводженням інтенсивних теплозмін, як зазвичай призводить до розвитку дислокаційної структури, а підвищена температура сприяє перебудові дислокацій з утворенням меж полігонів. В результаті при ВТЦО утворюється структура стійка, дрібна і рівноважна.

Внаслідок НТЦО збільшується густина частинок, що утворюють малі кути з віссю прикладання навантаження, які здійснюють великий опір руху дислокацій і приводять до збільшення опору малим пластичним деформаціям.

Тому при закріпленні дислокацій домішковою атмосферою необхідно враховувати зміну енергії дислокації за рахунок зміни локальних пружних властивостей матриці в області дислокації при формуванні атмосфери.

Література

1. Білюк А.І. Вплив термоциклювання під навантаженням на структурні зміни дисперсійно-твердіючих алюмінієвих сплавів // Металлофизика и новейшие технологии. – 1997. – Т.19. – №6. – С. 78-80.

2. Зузяк П.М. Поглощение упругой энергии в метастабильных металлических системах // Автореферат диссертации доктора физико-математических наук. / Институт металлофизики. – Киев, 1988. – 46 c.

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

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

5. Францевич И.Н., Воронов Ф.Ф., Бакута С.А. Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов. – Киев: Наукова думка, –1982.-286 c.

6. Köster W. Über der grang des Elastizites Modulus in den Mischristallreihen von Kypper, Silver and Gold mit B-Metallen // Z.Metallkunde. –1971. – 62. –№2. – P. 1168.

7. Устинова Л.А. Влияние легирующих элементов на температуру конденсации в сплавах на основе алюминия. // Взаимодействие дефектов и свойства сплавов. –Тула: ТПИ. – 1977. – C. 120.

8. Головин И.С., Саррак В.И., Суворова С.О.// Внутреннее трение и тонкое строение металлов и неорганических материалов. –М.; Наука, 1985. – С. 146.