Введение к работе
Актуальность темы.
Для развития современной техники требуется создание новых материалов, обладающих различными сочетаниями свойств. В последние годы интенсивно разрабатываются и исследуются поликристаллические материалы с чрезвычайно малым размером зерен. Интерес к таким ультрамелкозернистым (нанокристаллическнм и субмнкрокристаллическим) материалам обусловлен в первую очередь с тем, что они обладают специфическими физико-механическими свойствами, существенно отличающимися от свойств материалов с обычной мелкозернистой или крупнозернистой структурой. Это делает необходимым углубленное изучение ультрамелкозерннстых материалов, определение физических закономерностей происходящих в них процессов, проведение тонких структурных исследований и установление связей между особенностями структуры и проявляемыми свойствами. Именно эти вопросы и стимулировали постановку данной работы. В настоящее время разработаны различные методы получения ультрамелкозернистых материалов, среди которых наиболее прогрессивными являются способы, использующие пластическую деформацию до очень больших степеней. Такие интенсивные деформации позволяют получить субмикрокристаллическне (СМК) материалы со средним размером зерен менее, чем 0,1 мкм.
Отличия свойств СМК материалов во многом связаны с увеличением протяженности границ зерен (ГЗ) в их структуре. С другой стороны, именно такая высокая плотность ГЗ, с учетом важной роли границ во многих протекающих в поликристалле процессах, позволяет представить СМК материалы в качестве модельных объектов для исследования свойств границ с помощью различных экспериментальных методов физики твердого тела.
Вместе с тем исследования последних лет дают основания полагать, что необычные свойства СМК материалов связаны с особым, неравновесным состоянием ГЗ. Представлешге о возможности перехода ГЗ в неравновесное состояние при взаимодействии с решеточными дислокациями хорошо разработано на основе исследований свойств ГЗ в поликристаллах, подверженных пластическим деформациям. Неравновесное состояние ГЗ характеризуется наличием
4 дальнодействующих упругих полей и связанной с ними повышенной энергией. В таких границах происходит ускорение диффузионных процессов, активизация зернограничного проскальзывания, повышается миграционная способность Г3ит.д. Неравновесные ГЗ играют также важчую роль в реализации явления структурной сверхпластичности.
Исходя иэ условий получения СМК материалов, при использовании интенсивной пластической деформации, когда образующиеся ГЗ абсорбируют большое число решеточных дислокаций, можно предположить наличие неравновесных границ. Нодля доказательства этого необходимы тонкие структурные исследования.
Цель настоящей работы - определение структурного состояния ГЗ в СМК . материалах, полученных путем интенсивной пластической деформации, и установление закономерностей трансформации структуры границ при протекании релаксационных процессов в таких материалах.
В связи с этим задачами работы были
-
Используя методы электронной микроскопии высокого разрешения, оценить значения и распределения упругих деформаций кристаллической решетки зерна в приграничных областях материала.
-
Получить экспериментальные данные о кинетике структурных изменений при релаксационных процессах в СМК материале.
-
На основе сравнительного анализа деформационных условий и параметров мелкозернистого и СМК материала оценить поведение ГЗ во время деформационных процессов.
4. Оценить диффузионные свойства ГЗ в СМК материале исходя из
экспериментальных данных о кинетике выделения дисперсных частиц вторых фаз
по границам зерен.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:
- впервые обнаружены сильные искажения кристаллической решетки в
приграничных областях СМК никеля, полученного методом интенсивной
пластической деформации. В этих областях наблюдаются дилатации
кристаллической решетки с изменением параметров до 1-1,5%.
- впервые выявлен эффект изменения параметров разориентировок соседних
зерен при "in-situ" нагреве фолы СМК алюминиевого сплава.
- обнаружены значительные сокращения размеров образцов СМК
алюминиевого сплава при дилатометричесих измерениях в процессе изотермического
отжига. Наблюдаемые дилатометрические изменения прямым образом коррелируют
со структурными изменениями ГЗ.
- впервые обнаружен эффект "низкотемпературной" сверхпластичности
алюминиевого сплава с СМК структурой.
- на основе анализа данных о кинетике роста зернограничных выделений в
алюминиевом сплаве показаны зависимость скорости диффузии по ГЗ от степени
неравновесности границ.
Научная и практическая ценность. Полученные результаты вносят вклад в общее понимание структуры и свойств ГЗ в СМК материалах. Результаты исследований позволяют подвести основу для более строгого объяснения наблюдаемых свойств СМК материалов, поскольку указывают на особенности структуры не только самих границ, но и приграничных областей кристаллической решетки зерен. Установленные закономерности важны для понимания механизмов формирования СМК структур и могутбыть использованы для дальнейшего развития и разработки новых методов получения материалов этого класса.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Экспериментальное доказательство наличия в СМК никеле упругих
искажений кристаллической решетки зерен в приграничных областях. Источниками
таких искажений являются неравновесныё^-ГЗ в СМК материале, полученном
методом интенсивной пластической деформации.
2. Экспериментальныеданныеоб изменении параметров разориентировокзерен
при отжиге СМК алюминиевого сплава. ,
-
Результаты дилатометрических исследований при изотермическом отжиге СМК алюминиевого сплава, свидетельствующие о дилатации материала ввиду наличия неравновесных границ в СМК материале.
-
Эффект низкотемпературной сверхпластйчности, обнаруженный в СМК алюминиевом сплаве.
-
Влияние структурного состояния ГЗ на процесс выделения дисперсных частиц избыточной фазы в алюминиевом сплаве и оценка диффузионных параметров границ в СМК.сплаве. .
Апробация результатов работы. Основные положения и .^результаты
диссертационной работы были представлены на II Всесоюзной конференции по структуре и электронным свойствам границ зерен (Воронеж, 1987), V Всесоюзной конференции по текстуре и рекристаллизации в металлах и сплавах (Уфа, 1987), XII Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1989), IV Всесоюзной конференции по сверхпластичности металлов (Уфа, 1989).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ. Список основных работ приведен в конце автореферата.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов л списка литературы (181 наименование). Общий объем диссертации составляет страниц, включая страниц машинописного текста, рисунков, таблиц.
