Физика/2. Физика твердого тела

К.ф.-м.н. Белянушкин А.В.,  к.ф.-м.н.Тихонова Н.П., инж. Никашкин А.И.

Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева, Россия

Аморфизация мантии зерен в сплавах при сверхпластической деформации

         Локальными областями, в которых уже начальная, до пластической де­формации, плотность дефектов велика, в поликристаллах могут служить зоны раздела зерен (мантии). При достижении критической концентрации де­фектов в этих местах может происходить лавинный процесс перехода из кристаллического состояния в аморфное. Так как пластически деформируемые кристаллы представляют собой энергетически открытую систему, то подобное фазовое превращение в межзеренных прослойках есть не что иное как отклик, реакция деформируемого материала на наложение внешнего (механического) поля, т.е. образование локальных структур дисси­пации[1] закачиваемой в него энергии.

Такой механизм возбуждения поликристалла при пластической дефор­мации наиболее ярко проявляется у металлов и сплавов, в которых за 70-80% общей деформации ответственны именно границы зерен, т.е. у сверхпластич­ных (СП) металлов и сплавов.

Несмотря на большое число моделей структурной СП, последние из них, в своем большинстве, сходятся в одном: СП поведение материала обу­слов­лено переходом границ зерен в одних моделях в «неравновесное», в дру­гих – в «высоковозбужденное жидкоподобное» состояние. По модели В.В.Рыбина и В.Н.Перевезенцева[2] на каждом участке такой особой высоковозбужденной границы при СП деформации происходят непрерывные перестройки атомной конфигурации. Образовавшаяся «жидкоподобная граница» (отсутствие дальнего порядка) обладает резко повышенной (по сравнению с исходной) удельной энергией и, что самое главное, «неустойчивой атомной структурой». Таким образом, жидкоподобность границ зерен СП материалов, неустойчивость её атомной структуры свидетельствуют о их переходе во время СП деформации в аморфное состояние.

На основе данного положения в работе анализируются результаты исследования пластичности сплавов системы кадмий-свинец, в которой для литых сплавов состава с соотношением разнородных атомов 2:1; 1:1; 1:2 имеет место эффект СП, усиливающийся под воздействием предварительной прокатки.

Из сравнения кривых концентрационной зависимости пластичности δ(С) для литых и прокатанных (на 80%) образцов при температуре 2000С (рис.1), при которой наиболее ярко проявляется эффект СП, видно, что прокатка не меняя вид δ(С), лишь поднимает её  вверх, т.е. прокатка не снимает СП

Рис.1. Концентрационная зависимость пластичности: 1- литых;

2- прокатанных сплавов. Температура деформации Т=2000С.

Скорость деформации: έ=5·10-4 с-1.

 

состояние: она лишь усиливает его проявление. У прокатанных сплавов величина выявленных максимумов пластичности увеличивается почти на порядок. При этой температуре показатель пластичности δ для литых сплавов указанных составов говорит о наличии в них СП состояния. Следовательно, СП состояние уже заложено в литых сплавах, и оно выявляется особенно четко при высоких температурах.

Анализ и сопоставление литературных данных (рис.2) о свойствах расплавов системы кадмий-свинец[3] вместе с совокупностью полученных нами результатов дают нам основание для предположения о существовании связи между аномально высокой пластичностью сплавов и наличием в их расплавах комплексов со стехиометрией Cd2Pb; CdPb; CdPb2[4]. Учитывая возможность полимеризации металлов (на что указывал В.О.Есин[5]) и возникновение химического упорядочения при закалке, т.е. образование комплексов из разнородных атомов в виде цепочек из 2-3 групп атомов, мы предполагаем, что в процессе кристаллизации часть комплексов из атомов Cd и Pb будет распадаться, а некоторая часть в виде примеси сегрегировать на границы зерен. Причем максимальное содержание такой «примеси» достигается в сплавах с таким же как и примесь стехиометрическим составом.

Вероятно, что во время СП деформации, в этом случае, часть аморфизированной меззеренной прослойки (по нашему мнению в большей мере это относится к межфазной), под действием внешнего (механического) поля обладает мезогенностью, т.е. отдельным её компонентам, а именно комплексам с геометрической анизотропией, присуща способность, агрегируясь друг с другом, создавать области с частичным упорядочением

Рис.2. Концентрационная зависимость:1- поверхностного натяжения,            s, дин/см.(Т=3900С);  2- вязкости, η, пуаз.; ×4·10-5(Т=3500С);  3 – стойкости против окисления (привес, гр/мм2;  ×1,1·10-1) при Т=7500С;                            4 – корррозионной стойкости (потеря веса за три часа в кипящей кислоте 20% HCl, кг/м2; ×6,5·10-3) [3].

 

типа жидких кристаллов. На основе предлагаемой модели открывается возможность объяснить явление СП в сплавах и для других бинарных систем, в частности, для системы Al-Zn [6].

 

Литература

1.                 Неверов В.В., Житников П.П., Буров В.Н., Ефремов С.С. Образова­ние аморфных состояний при совместной пластической деформа­ции элементов. Сб.: Стабильные и метастабильные фазовые равновесия в ме­таллических системах. М., 1985, с.44-49.

2.                 Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н. О природе структурной сверхпластич­ности. Письма в ЖЭТФ, 1981, т.7, вып.19, с.1203-1205.

3.                 Вол А.Е., Каган Н.К. Строение и свойства двойных металлических систем. М., Наука, 1979, т.4, с.188-209.

4.                 Мальцева Г.К., Белянушкин А.В. Сверхпластичность по данным эвтектической системы Cd-Pb и эвтектоидной Al-Zn – эффект наследования межфазной прослойкой особых свойств ионов расплавов.//Тезисы докладов III-ей Всесоюзной науч. конф. «Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа». Днепропетровск,1986, ч.2, с.183-184.

5.                 Есин В.О., Данилюк В.И., Подчиненова Г.А. Моделирование равновесной атомной структуры поверхности кристалла в однокомпонентной системе. // Кристаллография, 1973, т.18, №5, с.920-925.

6.                 Кайбышев О.А. Пластичность и сверхпластичность металлов. М., Металлургия, 1975, 280 с.