Введение к работе
з
Предмет, настоящей диссертации составляют результаты экспериментальных исследований кооперированных деформационных процессов сверхпластической деформации, выраженных в локализации течения на разных структурных уровнях.
Актуальность проблемы. Необходимость управления технологическими и эксплуатационными свойствами неорганических материалов, создания новых материалов с уникальными свойствами требует развития знаний о физической природе пластичности твердых тел. Немалую пользу приносит изучение и применение сверхпластичности. Серьезная проблема сверхпластичности состоит в отсутствии универсальной модели этого явления. Существующие модели либо рассматривают процессы на уровне отдельных микромеханизмов и не описывают течения материала в целом, либо дают чисто геометрическое представление о течении материала, не раскрывая физической сущности происходящего. Перспектива развития науки о пластической и сверхпластической деформации (СПД) просматривается в разработке концепции кооперированных процессов, предполагающей согласованное действие механизмов деформации и ансамблевое поведение деформационных дефектов. Это направление подробно разработано в области холодной деформации. Применительно к сверхпластпчности данный подход на момент постановки задачине был известен.
Внешне кооперированность проявляется в локализациях пластической деформации на различных структурных уровнях - от линий тонкого скольжения до макроскопических шеек. В данной работе под микроуровнем понимается масштаб отдельных дефектов кристаллического строения - вакансии, дислокации, границы зерен. На макроуровне рассматриваются детали, соизмеримые с размерами образцов, т.е. от десятков микрон и выше. Такие структурные элементы, как деформационные полосы, конгломераты зерен отнесены к мезосхопичесхому уровню - наименее изученной области СПД.
Цель работы па базе экспериментальных данных создать концептуальную основу универсальной модели сверхпластичности, учитывающей взаимодействие и кооперацию механизмов СПД на разных структурных уровнях, а также показать практическую полезность такого подхода для управления структурой и свойствами сплавов, твердофазных соединений и . волокнистых композитов па металлической основе. . Основные задачи работы:
-на примере цинковых монокристаллов рассмотреть принцип достижения
высокой пластичности и ее связь с локализацией скольжения в условиях повышенных температур;
-изучить особенности деформационных механизмов - зернограничного проскальзывания (ЗГП), внутризеренного скольжения и диффузии, а также их взаимодействие на микроуровне в условиях СПД;
-рассмотреть возможности мезоскопической сдвиговой деформации путем зернограничного проскальзывания;
-исследовать влияние локализованной деформации на твердофазное соединение поверхностей металл-металл п металл-неметалл, и разработать на этой основе способы управления свойствами волокнистых композитов с металлической матрицей.
Научная новизна и практическая денность работы, В . диссертации разработан новый подход, позволяющий объединить существующие противоречивые модели СПД, и выработать единый принцип описания устойчивого - пластического течения, основанный на представлениях о кооперированном характере деформационных процессов и эстафетном распространении деформации. В процессе выполнения работы впервые обнаружены и описаны феномены:
-кооперированного зернограничного проскальзывания (КЗГП) и введен соответствующий термин;
-структурной самоорганизации КЗГП, заключающейся в увеличении углов в тройных стыках по пути расй^бстранения сдвига;
-влияния числа зерен в сечепии образца на сверхпластическое поведение материалов;
-влияния КЗГП па формирование твердофазных соединений металл-металл и металл-неметалл;
-двустадийного взаимодействия на поверхности раздела алюминий- борное волокно.
Установлена связь развития КЗГП с механическими свойствами СП материалов, в частности, с особенностями диаграммы растяжения. Предложены новые схемы: эстафетного распространения деформации, зарождения полосы деформации, развития СПД за счет пересекающихся деформационных полос, формирования твердофазного соединения, формирования структуры композита в условиях СПД. Разработаны оригинальные методики наблюдения локализованной деформации и изучепия структуры поверхности раздела матрица-волокно в композите на ранней стадии взаимодействия.
В целом результаты работы могут составить основу нового решения в развитии теории сверхпластичности и ее практического применения.
На защиту выносятся следующие положения:
1 -высокая пластичность монокристаллов Zn при повышенных температурах связана с упрочнением в полосах локализованной деформации и обеспечивается эстафетной передачей локализации вдоль кристалла;
2- СПД осуществляется сдвигом в полосах локализованной деформации,
основу которых составляет кооперированное зернограничное проскальзывание
(КЗГП), которое распространяется вдоль цепочки смежных границ в направлении
максимальных касательных напряжений.
-
КЗГП сопровождается эффектом структурной самоорганизации увеличением углов в тройных стыках зерен путем локальной миграции границ; движущая сила локальной миграции - энергия скоплений зернограничпых дислокаций, размер которых может намного превышать размеры зерен;
-
существует минимальный представительный объем материала, где возможно проявление сверхпластичпости. Если толщина образцов не превышает десяти размеров зерен, сверхпластичность отсутствует несмотря на выполнение прочих условий;
-
КЗГП может стимулировать твердофазные реакции па поверхностях металл-металл и металл-неметалл, предопределяя конечную структуру поверхности раздела и связанные спею свойства изделий.
Вклад соискателя. Автор диссертации сформулировал концепцию научного направления, осуществлял научное руководство работой, принимал непосредственное участие в разработке методик, проведении экспериментов и интерпретации результатов, поставил задачи теоретического анализа.
Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 35 статьях и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Сверхпластичпость металлов", М., 1976; I Всесоюзной конф. "Сверхпластичность металлов", Уфа, 1978г.; IX Всесоюзной конф. по физике прочности и пластичности металлов и сплавов, г. Куйбышев, 1979; III Всесоюзной конф. "Сверхпластичность металлов", г. Тула, ' 1986; V Всесоюзной конф."Текстуры и рекристаллизация в металлах и сплавах", г.Уфа, 1987; VI Всесоюзной конф. по композиционным материалам, г. Ереван, 1987; IV Всесоюзной колф. "Сверхпластичность металлов", г.Уфа, 1989; Моск. Междуцар. Конф. по композитам MICC-90, 1990; V Конф. "Сверхпластичность неорганических материалов" Уфа, 1992; 2nd Europ. East-West Syrap.Materials and Processes, Helsinki, May 26- 30, 1991; Symposium AA Grain and Interfase Boundaries, IUMRS-ICAM-93, Tokyo" Japan, September 1-3, 1993; Intern, conf. Superplasticity in Advanced Materials ICSAM-94, Moscow, (994; 2-й Московской международной конф. по композитам (MICC-94), 1994; и защищены 6-ю авторскими свидетельствами на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
