Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных тенденций в современном материаловедении является широкое использование интерметаллидов и сплавов на их основе, постоянный прогресс в конструировании которых требует опережающего исследования фундаментальных физических процессов, происходящих при пластической деформации. Движение дислокаций, будучи основным микроскопическим процессом пластической деформации, остро реагирует на различного рода воздействия на кристалл и в первую очередь на механические и тепловые. В настоящей работе было обнаружено новое явление, названное автоблокировкой и заключающееся в термоактивированной блокировке дислокаций, происходящей без помощи внешнего напряжения. Этот эффект бьш обнаружен в результате экспериментов по нагреву без нагрузки после предварительной деформации интерметаллидов. Актуальность исследования определяется и чисто научным интересом к выяснению физических механизмов нового явления, и открывающимися возможностями его практического использования.
Дель работы: выяснить возможность блокировки сверхдислокаций в интерметаллидах в отсутствие внешнего напряжения.
Объектом исследования являются сплавы Ni3(Al, Nb), ВКНА-4У, Ni3Fe и Ni3Ge.
Для реализации цели исследования необходимо решить следующие задачи:
Провести эксперименты по нагреву без нагрузки интерметаллидов Ni3Ge, Ni3Fe, Ni3Al и промышленном сплаве на его основе при различных температурах после предварительной деформации, как низкотемпературной, так и высокотемпературной.
Провести ПЭМ анализ изменений дислокационной структуры на всех этапах эксперимента. Найти режимы нагрева, дающие возможность наблюдать начальные и последующие стадии автоблокировки.
Объяснить различия в дислокационной структуре, наблюдаемой при динамическом нагружении и при автоблокировке в интерметаллидах со сверхструктурой Ы2, имеющих аномальный ход предела текучести.
Измерить предельные углы автоблокировки и провести численную оценку разности глубины долин потенциального рельефа дислокации.
Научная новизна.
Обнаружена блокировка дислокаций, происходящая в отсутствие внешнего напряжения. Автоблокировка наблюдалась в экспериментах, включающих в себя предварительную пластическую деформацию и последующий нагрев без нагрузки.
Обнаружено, что дислокационная структура после нагрева без нагрузки не повторяет наблюдаемую при динамическом нагружении. Барьеры возникают также и в том температурном интервале, где они отсутствуют при динамическом нагружении, включая барьеры, вообще ненаблюдаемые при динамическом нагружении.
Показано, что при нагреве без нагрузки суперсплава ВКНА-4У наблюдалась автоблокировка в интерметаллидной у'-фазе, но не наблюдалась в разупорядоченной у-фазе. Результаты экспериментов свидетельствуют об однодолинном потенциальном рельефе дислокации в разупорядоченной у-фазе и о двухдолинном - в у' -фазе.
Показано, что вся совокупность экспериментальных данных свидетельствует о единой природе автоблокировки и температурной аномалии предела текучести: двухдолинном потенциальном рельефе дислокации.
Практическая значимость работы.
Эффект автоблокировки дислокаций, как всякое новое явление, инициирует дальнейшие исследования. Несмотря на бурное развитие технологий создания композиционных и неметаллических жаропрочных материалов, интерметаллиды составляют основу современных материалов авиационной и космической техники, которые эксплуатируются при высоких температурах, но при малых нагрузках. Условия их эксплуатации близки к тем, которые реализуются при наблюдении автоблокировки, и полученные результаты могут расширить возможности их использования. Эксперименты по нагреву без нагрузки после предварительной деформации могут быть использованы в нескольких аспектах:
Для выявление "скрытых" дислокационных превращений, когда при динамическом нагружении барьеры являются разрушаемыми и дислокации наблюдаются только в скользящей форме. Но при нагреве без нагрузки такие барьеры, будучи неразрушаемыми, могут быть обнаружены.
Как экспресс-метод обнаружения аномалии ау(7). Для выяснения вопроса о том, будет ли наблюдаться аномалия су(7) в некотором сплаве, достаточно провести предварительную деформацию и последующий нагрев образца без нагрузки.
В качестве инструмента, который позволяет на основе наблюдения їли ненаблюдения) автоблокировки дислокаций в различных атериалах восстановить характер потенциального рельефа дислокации, ксперименты по нагреву без нагрузки могут сыграть роль критических сспериментов при анализе результатов компьютерного моделирования, именно для того, чтобы найти соответствие между каждой из шфигураций, полученной в результате расчета, и долинами (глубокая -елкая) или барьером, их разделяющим.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
Обнаружение нового явления - эффекта автоблокировки, заключающегося в превращении дислокаций при нулевом внешнем напряжении из скользящих конфигураций в заблокированные.
Наблюдение автоблокировки сверхдислокаций в интерметаллидах Ni3Ge, Ni3(Al,Nb) и сплавах на его основе.
Модель описания процесса автоблокировки сверхдислокаций в интерметаллидах со сверхструктурой типа Ы2, имеющих аномальный ход предела текучести. Выявление связи между двухдолинным потенциальным рельефом дислокаций и двумя эффектами: температурной аномалией предела текучести и автоблокировкой дислокаций.
Численная оценка отношения глубины долин потенциального рельефа дислокаций с помощью измерения предельных углов автоблокировки при ПЭМ анализе структуры.
Личный вклад автора
В работе при непосредственном участии автора получен и бработан весь экспериментальный материал:
постановка и проведение экспериментов по предварительной деформации и последующему нагреву без нагрузки образцов в широком температурном интервале от -196С до 800С, а также по быстрому и медленному охлаждению образцов после предварительной деформации на различных материалах;
изготовление экспериментальных образцов из литых монокристаллических заготовок;
в подготовка поверхностей образцов для рентгенографического анализа;
вырезание и подготовка электронно-микроскопических фолы заданной ориентировки методами механического утонения и электрополировки;
участие в работе на электронных микроскопах;
обработка и подготовка для печати данных, полученных на ПЭМ обработка изображений, расшифровка электронограмм, gb-анализ;
участие в обсуждении полученных результатов;
написание статей и тезисов докладов конференций. Результаты исследований неоднократно докладывались лично
диссертантом на российских и международных конференциях.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов исследования, включая рентгенографический анализ и просвечивающую электронную микроскопию, а также корреляцией основных экспериментальных результатов, полученных на различных материалах в диапазоне температур от криогенных до высоких.
Соответствие содержания диссертации паспорту
специальности, по которой она рекомендуется к защите. Работа соответствует формуле и пункту 1 области исследования специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния: «1. Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления». Апробация работы.
Материалы диссертации были доложены на следующих конференциях:
1-я Международная школа "Физическое материаловедение", Тольятти 2004 г.;
XLIV Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 2005 г. Вологда;
The Fourth International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies MMT-2006, Israel, 2006;
45-я международная конференция "Актуальные проблемы прочности", Белгород, 2006 г;
XXVI Российская школа по проблемам науки и технологий, Миасс, 2006 г.;
VII Международная научно-техническая конференция «Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых», Екатеринбург, 2006 г.;
Ш-rd International Conf. on Computational Methods and Experiments in Material Characterization, Italy, 2007r.;
XVII Петербургские чтения по проблемам прочности, С-Петербург, 2007 г.;
XIX Уральская школа металловедов - термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Екатеринбург, 2008 г.;
Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», Украина, Киев, 2010г.;
XI Всероссийская молодёжная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния (СПФКС-ХІ), Екатеринбург, 2010 г.;
XI Уральская школа-семинар молодых учёных-металловедов и Международная научная школа для молодёжи «Материаловедение и металлофизика лёгких сплавов», Екатеринбург, 2010 г.;
V Международная школа «Физическое материаловедение», VI Всероссийская молодежная научная конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тольятти, 2011г. Публикации:
