Особенности микроструктуры ультрамелкозернистого никеля, полученного интенсивной пластической деформацией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

НУРИСЛАМОВА Гульназ Валериевна

ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОГО НИКЕЛЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Уфа-2005

Работа выполнена в Институте физики перспективных материалов Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Исламгалиев Ринат Кадыханович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Лачинов Алексей Николаевич

кандидат физико-математических наук Мусалимов Рамиль Шамильевич

Ведущая организация: Институт физики металлов УрО РАН,

г. Екатеринбург

Защита состоитсяХ^ ЧЮН^ 2005 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 002.099.01 в Институте физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской академии наук по адресу: 450075, г. Уфа, Проспект Октября, 151, конференц-зал, факс: (3472) 31-35-38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской академии наук.

Автореферат разослан МЛЛ 2005 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 002.099.01 Кандидат физико-математических наук

Г.С. Ломакин

юоь-Ч ЯНН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Интерес к ультрамелкозернистым материалам полученным интенсивной пластической деформацией (ИПД) связан с их уникальными микроструктурами, которые приводят к изменению многих физико-механических свойств металлов и сплавов. Пионерские работы по исследованию свойств ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов, полученных методами ИПД, были выполнены в Уфе в начале 90-х годов в научном коллективе под руководством проф. Р.З. Валиева и позднее получили развитие в ведущих российских и зарубежных научных центрах. В этих работах в качестве модельного материала для исследований часто использовался чистый никель, в котором УМЗ состояние можно достаточно легко получить уже при комнатной температуре. К моменту постановки настоящей диссертационной работы были известны результаты исследований Х.Я. Мулюкова с сотрудниками по изучению магнитных свойств УМЗ никеля, а также работы К.В. Иванова с соавторами, в которых были изучены характеристики диффузии и ползучести в чистом никеле, подвергнутом ИПД. Вместе с тем, в данных работах были проведены исследования только некоторых характеристик микроструктуры ИПД образцов, прежде всего среднего размера зерен и их формы. Однако, для выявления физической природы необычных свойств УМЗ никеля оставался актуальным вопрос систематического изучения количественных параметров его структуры. В связи с этим, в настоящей работе особое внимание было уделено изучению распределения зерен по размерам, спектрам разориентировок зерен, плотности дислокаций и величине микроискажений кристаллической решетки, которые во многом определяют уникальные свойства УМЗ материалов.

Проведение таких работ стало возможно лишь в последние годы в связи с быстрым развитием в ведущих материаловедческих центрах современных методов электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа с применением специальных приставок и компьютерных программ, открывших новые экспериментальные возможности для систематического изучения количественных параметров структуры ИПД материалов.

В настоящей работе с использованием современных экспериментальных методов была проведена детальная структурная аттестация чистого никеля, подвергнутого кручению под высоким давлением. В данном случае чистый никель был выбран как модельный материал с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой.

Целью работы явилось •чгтуттипгпгпг , исследование и количественный структурный анализ кг | никеля,

полученного интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК). Для выполнения задачи решались следующие задачи:

1. Изучение влияния исходного структурного состояния никеля на измельчение его микроструктуры при ИПДК.

2. Определение количественных параметров структуры - распределения зерен по размерам, спектра разориентировок зерен, плотности дислокаций, величины микроискажений кристаллической решетки в УМЗ никеле, полученном методом ИПДК.

Научная новизна:

Впервые с помощью комплекса методов структурной аттестации определены количественные характеристики УМЗ структуры никеля (распределение зерен по размерам, спектр разориентировок зерен, плотность дислокаций, величина микроискажений кристаллической решетки) после интенсивной пластической деформации кручением в зависимости от исходного состояния, приложенного давления и степени деформации.

Теоретическая и практическая значимость:

Полученные результаты о логнормальном распределении зерен по размерам, бимодальном распределении спектра разориентировок зерен с преимущественной долей высокоугловых границ зерен, плотностях дислокаций и микроискажениях кристаллической решетки, которые во многом определяют уникальные механические свойства УМЗ металлов и сплавов, имеют непосредственный интерес для разработки новых перспективных материалов методами интенсивной пластической деформации.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Количественные характеристики и однородность УМЗ структуры (логнормальное распределение зерен по размерам, бимодальное распределение спектра разориентировок зерен с преимущественной долей большеугловых границ зерен, повышенные плотность дислокаций и микроискажения кристаллической решетки), сформированной при интенсивной пластической деформации кручением исходного крупнокристаллического никеля.

2. Результаты структурной аттестации УМЗ никеля, подвергнутого интенсивной пластической деформации кручением после предварительного измельчения структуры, где наблюдали сохранение логнормального распределения зерен по размерам с некоторым уменьшением среднего размера зерна, увеличение доли большеугловых разориентировок зерен, увеличение плотности дясзгокаИяй и микроискажений кристаллической решетки. , ^ ^

- , !

1 *

. л ' '

3. Структурные особенности нанокристаллического никеля после интенсивной пластической деформации кручением, в котором не происходит дальнейшего измельчения микроструктуры, но наблюдается уменьшение плотности дислокаций, снижение внутренних напряжений и формирование бестекстурного состояния, что связано, по-видимому, с изменением механизма деформации в сторону снижения вклада дислокационного скольжения и повышения роли зернограничного проскальзывания.

4. Анализ вкладов различных структурных составляющих в формирование высокопрочного состояния в УМЗ никеле, где наибольшее упрочнение вносят большеугловые границы зерен и наличие высокой плотности дислокаций на границах зерен.

Апробация работы:

Материалы диссертации докладывались на XV Уральской школе металловедов «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов», Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 14-18 февраля, 2000; на Республиканской научной конференции студентов и аспирантов по физике и математике, Уфа, Башкирский государственный Университет, 18 мая, 2000; на Региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике, Уфа, Башкирского государственного университета, 1-2 июня 2001; на V Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсных систем», Москва, МИФИ, 913 октября, 2000; на III Уральской школе-семинаре металловедов - молодых ученых, Екатеринбург, 13-15 ноября, 2001; на Всероссийской научно-практическая конференции «Перспективные технологии физико-химической размерной обработки и формирования эксплуатационных свойств металлов и сплавов», Уфа, Научное конструкторско-технологическое бюро «Искра», 1114 сентября, 2001; на IX Международном семинаре «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов» по актуальным проблемам нанокристаллических материалов, Екатеринбург, 2002; на Всероссийской научно-технической конференции «Механика и прочность авиационных конструкций», посвященной 75-летию P.P. Мавлютова, Уфа, Уфимский государственный авиационно-технический университет, 19-21 марта, 2001; на II Международной конференции «NanoSPD-2: nanomaterials by severe plastic deformation: fundamentals - processing - applications", Вена, Австрия, 9-13 декабря, 2002.

Публикации:

По материалам диссертационной работы опубликовано 11 статей в реферируемых журналах и сборниках, 15 тезисов на всероссийских и

международных конференциях и семинарах. Список основных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитированной литературы, содержит 55 рисунков, 9 таблиц и изложена на 107 страницах. Список литературы включает 99 наименований.

Диссертационная работа была выполнена при научной консультации д.ф.-м.н., профессора, чл.-кор. АН РБ Р.З. Валиева.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении анализируется современное состояние проблемы, обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены полученные новые результаты, раскрыта их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Структура и свойства ультрамелкозернистых материалов

В разделе 1.1. описаны методы интенсивной пластической деформации (ИПД), такие как интенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК) и равноканальное угловое прессование (РКУП), используемые для получения ультрамелкозернистой структуры. Приведены и проанализированы формулы для расчета степени деформации при различных методах деформации.

В разделе 1.2. обсуждаются особенности микроструктуры сформированной различными методами ИПД в металлах и сплавах. Показано, что такими особенностями являются малый размер зерна, высокий уровень внутренних напряжений и микроискажений кристаллической решетки. Источниками внутренних напряжений являются неравновесные границы зерен с высокой плотностью дислокаций.

В разделе 1.3. рассмотрены имеющиеся экспериментальные данные о спектре разориентировок зерен в ультрамелкозернистых материалах, определенные просвечивающей электронной микроскопией. Показана актуальность подобных исследований, поскольку одной из особенностей УМЗ материалов, придающих уникальные свойства, является формирование большеугловых разориентировок зерен.

В разделе 1.4. приведены особенности эволюции микроструктур УМЗ материалов при нагреве, описаны стадии изменения структуры при нагреве, а также показано, что УМЗ материалы имеют низкую термостабильность вследствие большой накопленной энергии границ зерен.

В разделе 1.5. представлены результаты исследований механических свойств на растяжение металлов и сплавов, подвергнутых ИПД. Рассмотрены особенности прочности и пластичности в УМЗ металлах и сплавах.

На основе анализа литературных данных в разделе 1.6. формулируются и обосновываются задачи исследования. Отмечено, что к моменту постановки настоящей работы были известны лишь единичные публикации с достоверными экспериментальными данными о количественных характеристиках структуры (однородность, распределение по размерам зерен, спектр разориентировок зерен) ИПД материалов, что связано с методическими трудностями в их определении для УМЗ материалов. Обсуждена важность проведения систематических исследований по определению количественных параметров УМЗ структур как необходимости выявления природы их уникальных механических свойств, таких как высокой прочности и пластичности.

Глава 2. Материалы и методики исследования.

Вторая глава содержит сведения о материале и методиках проведения экспериментов. В данной работе исследовался чистый N1 (99.99%), а также электроосажденный N1 чистотой 99.9%.

В качестве исходного состояния перед кручением были выбраны крупнокристаллические (КК) образцы с размером зерна 100 мкм, ультрамелкозернистые (УМЗ) образцы с размером зерна 350 нм, полученные РКУ-прессованием, нанокристаллические (НК) образцы с размером зерна 30 нм, полученные электроосаждением. После кручения под высоким давлением образцы имели форму дисков диаметром 10 мм и толщиной 0,3 мм. При РКУП прессовании образцы подвергали 8 проходам через оснастку с углом пересечения каналов 90°, длина заготовки составила 100 мм и диаметр 20 мм.

Для изучения пространственного распределения микротвердости вдоль поверхности ИПДК образцов была разработана специальная схема измерения, где расстояния между точками составили 1,25 мм и в каждой точке было измерено 4 значения микротвердости. При этом измерения проводились с двух сторон образца и общее число измерений для каждого образца составило 128. Погрешность измерений составила около 5%.

Для изучения микроструктуры использовали метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), по светлопольным и темнопольным изображениям которого определяли средний размер зерна. Распределение точечных рефлексов на картинах дифракции позволяло косвенно судить о разориентировках зерен.

Известно, что разориентировкой зерен является взаимная ориентация двух соседних кристаллитов, при которой поворот одного из них на угол 9 вокруг общей для обоих зерен оси й приводит к совмещению решеток.

Для определения спектра разориентировок зерен использовали метод дифракции отраженных электронов, который базируется на анализе картин

Кикучи-линий. Картина Кикучи-линии для каждого просканированного участка индицировалась программой обработки и составлялась пошаговая картина изображения структуры, шаг в данных исследованиях составил 60 нм. Использование специальных компьютерных программ позволило автоматически построить распределение по размерам зерен и спектр разориентировок зерен в исследуемом материале. При изучении спектров разориентировок зерен в ИПДК образцах определяли ориентацию примерно 1000 зерен. При этом погрешность в определении разориентировок составила 0,1 градус. Экспериментальные исследования спектров разориентировок зерен были выполнены совместно с д.ф.-м.н. Жиляевым, в лаборатории физического материаловедения Факультета физики Барселонского университета, Испания.

Для изучения областей когерентного рассеяния, среднеквадратичных микроискажений кристаллической решетки и плотности дислокаций использовали методы рентгеноструктурного анализа, которые базируются на анализе профилей уширения рентгеновских пиков. Программы обработки рентгеновских данных основаны на использовании следующей формулы:

рх= 7г/йш+< еш2>"2 г для разделения вкладов областей когерентного рассеяния и среднеквадратичного микроискажений кристаллической решетки, где рт определяется выражением Ррп со.ч0 /Л, где Рр - интегральная ширина физического профиля, вектор рассеяния т=4ж Бтв /Л. Для вычисления плотности дислокаций была использована следующая формула:

Рны - 2 V3 '<еш 2>' 2/(ОшхЬ), где - усредненный по объему размер зерен-кристаллитов, <Еш 2>'1 -микроискажения кристаллической решетки, Ь - вектор Бюргерса. Обработка и анализ экспериментальных неполных полюсных фигур проводился с помощью пакета прикладных программ «рорЬА», разработанного в Лос-Аламосской национальной лаборатории. Рентгеноструктурные исследования были выполнены совместно с д.ф.-м.н. Жиляевым на Факультете общей физики Будапештского университета, Венгрия, а также в кооперации с к. ф.-м.н. А.Р. Кильмаметовым в лаборатории рентгеноструктурного анализа ИФПМ НИЧ УГАТУ.

Глава 3. Особенности формирования УМЗ структуры в крупнокристаллическом никеле в процессе ИПДК.

В третьей главе представлены исследования особенностей формирования УМЗ структуры в крупнокристаллическом никеле в процессе ИПДК. Актуальность этого исследования связана с особенностями схемы ИПДК, в которой край диска подвергается большим степеням деформации по сравнению с центральной частью. Поэтому особое внимание здесь было

уделено изучению однородности структуры и распределению микротвердости в центре и на краю диска.

Пространственные распределения значений микротвердости вдоль поверхности образцов, полученных ИПДК при давлениях Р=1, 3, 6 и 9 ГПа и 5 оборотов и представленные на рис. 1, показали, что при Р= 1-3 ГПа, 5

• Г>Т МММ <Р=вОР»М-5)

нот 1ЯМ (Р- ОР, Г|. 5)

Рис 1 Распределение микротвердости по поверхности образца в УМЗ никеле после кручения при 5 оборотов давлениях Р= 1, 3, 6 и 9 ГПа (по оси X и У отложены размеры диска в миллиметрах)

оборотов микротвердость в центре образцов заметно ниже, чем на краю. Общий уровень чашек микротвердости с увеличением приложенного давления повышается, при этом неоднородность уменьшается, и величина микротвердости выравнивается начиная с давления Р=6 ГПа, 5 оборотов. При Р=6ГПа и Р=9ГПа микротвердость образцов имеет близкие значения в центре и на краю образцов.

Электронномикроскопические исследования микроструктуры центральной и краевой частей образцов никеля, полученные приложением различного давления (рис.2) показали, что при давлении 3 ГПа, 5 оборотов в краевых областях зерно измельчается до 180 нм, и оно слабо изменяется при дальнейшем увеличении давления. В тоже время в центральных областях при Р=1-3 ГПа, 5 оборотов структура остается относительно более крупнозернистой, и структурное состояние краевых и центральных областей выравнивается при Р=6 ГПа. Таким образом, применение ИПДК к КК никелю под давлением Р=6ГПа и 5 оборотов привело к сильному измельчению зеренной структуры от ~100 мкм до ~170 нм.

Р=1 I На Р=3 ГПа Р=9 ГПа

Рис 2

Микростр\ м\ра УМЗ никеля, полученного кручением под давлением (5 оборотов) 1.3 9 ГПа (слева направо), в центре диска (верхний ряд) и на краю диска (нижний ряд)

Методом дифракции отраженных электронов были получены изображения микроструктуры центральной и периферийной областей образцов (рис. 3), деформированных ИПДК при Р=6ГПа и 5 оборотов, содержащие прямую информацию о характере разориентировок зерен. Распределение зерен по размерам, построенное для этих состояний, имеет вид логнормального распределения (рис. 4). Средний размер зерен для

[001]

1 20 ит - 20 Мере

(а)

Рис.3. Структура УМЗ никеля полученная кручением под давлением (Р-6 ГПа, 5 оборотов). (а>- центральная часть, (б) - периферия

Г

Я »

/ * <в*-2-

1

«Я>"190130 им

а) б)

Рис 4 Распределение зерен по размерам в образцах никеля, подвергнутого ИПДК (Р=6 ГПа, 5 оборотов)- (а) - центральная часть; (б) - периферия

центральной и краевой части образца составил, соответственно, 210 нм и 190 нм. Таким образом, при приложении давления бГПа и 5 оборотов микроструктура на краю и в центре образцов характеризуется близким размером зерна.

Из спектра разориентировок зерен (рис.5) этих состояний наглядно, что уровень малоугловых и большеугловых разориентировок в центре и на краю близки, и доля БУГ составляет около 82-85 %. Таким образом, ИПДК КК никеля приложением давления бГПа и 5 оборотов позволяет сформировать микроструктуру с преимущественно с высокоугловыми границами зерен, как на краю, так и в центре образцов.

а) б)

Рис 5 Распределение углов раюриетировок зерен в УМЗ никеле после ИПДК (Р=6 I Па, 5 оборотов), полученные с ценфальной (а) и периферийной (б) областей диска

Таблица 1 Области когерентною рассеяния, микроискажения кристаллической решетки и плотность дислокаций в УМЗ никеле

Состояние ОКР, нм Микроискажения кристаллической решетки, </?>"2, % Плотность дислокаций, 10"м2

ИПДК КК, центр 46±6 0,2» ±0,03 1,6

ИПДК КК, край 42+6 0,31+0,03 1,9

Результаты рентгеноструктурных исследований центральной и краевой частей образцов (таблица 1) показали, что плотность дислокаций и значения микроискажений кристаллической решетки на краю диска выше, и размер областей когерентного рассеяния меньше, чем в центре образца.

Таким образом, в результате приведенных в третьей главе исследований установлено, что УМЗ структуры, сформированные при ИПДК КК никеля при Р=6ГПа, 5 оборотов, характеризуются рядом структурных параметров, среди которых важнейшими являются логнормапьное распределение зерен по размерам со средним значением 170 нм, бимодальное распределение спектра разориентировок зерен с преимущественной долей большеугловых границ зерен до 85%, высокая плотность дислокаций составляющая 1,9*1014 м~2 и повышенные микроискажения кристаллической решетки равные 0,31%. При этом в центральной зоне образца обнаружено увеличение размера зерен и снижение доли большеугловых разориентировок зерен примерно на 10%, и эти различия возрастают при снижении давления менее 6 ГПа.

Глава 4. Сравнительный анализ микроструктуры никеля после РКУП и ИПДК УМЗ состояний.

В данной главе представлены исследования влияния исходного структурного состояния никеля на измельчение структуры при ИПДК. Поэтому проведен сравнительный анализ микроструктуры никеля после ИПДК КК, РКУ-прессования и ИПДК УМЗ состояний. В предыдущей главе было показано, что применение метода ИПДК к крупнокристаллическому состоянию позволяет получить УМЗ структуру с преимущественно большеугловыми разориентировками зерен.

а) б) в)

Рис 6 Микроструктура никеля после деформации а) ИПДК КК, б) РКУП, в) ИПДК УМЗ состояний

Электронномикроскопические исследования представленные на рис. 6 показали, что в никеле после РКУ-прессования формируется зеренная структура со средним размером зерна 350 нм. ИПДК УМЗ никеля при Р= бГПа, 5 оборотов приводит к структуре со средним размером зерна около 140 нм, что в 2.5 раза меньше по сравнению с исходным РКУП состоянием. ИПДК КК состояния при Р= бГПа, 5 оборотов формирует зеренную структуру со средним размером зерна 170 нм. Для сравнения представлены результаты работы Хансена, в которой был исследован никель деформированный холодной прокаткой с большими степенями деформации до 98%. Авторы получили структуру с удлиненными зернами и преимущественно малоугловыми разориентировками зерен.

Исследования микроструктуры выполненные методом дифракции отраженных электронов представлены на рис. 7. Образцы никеля после ИПДК КК и ИПДК УМЗ состояний демонстрируют однородную микроструктуру с равноосными зернами, средний размер которых составляет 190 и 170 нм, соответственно (рис. 8). Структура никеля после РКУП менее однородна и содержит удлиненные зерна. Средний размер зерна для этого состояния составляет 270 нм.

Изучение спектра разориентировок зерен показало, что применение ИПДК к КК и УМЗ состоянию ведет к формированию преимущественно большеугловых разориентировок зерен, доля которых составляет 85 % . В

ИПДК КК и ИПДК УМЗ никеле доля мапоугловых границ зерен составляет 15%, количество малоугловых границ в РКУП никеле несколько больше и равна 23% (рис. 9).

Результаты рентгеноструктурного анализа (таблица 2) показали, что применение ИПДК ведет к формированию в никеле более высокой плотности дислокации и меньшего размера зерна, чем РКУ-прессование.

[001]

.ж ■■ *»-' тц

ч.

1<20ит»20«1ер5

б)

В)

Рис 7 Структура УМЗ никеля полученная а) ИПДК КК, б) РКУП, в) ИПДК УМЗ состояний

* • <¿>■190*30 мм *в * <Й>"270±30 нм * * <с|>-170±30 ни

11 X И ^ 20 г . ' / • . • - Г • I >

4- Щ 1, к I» ■1

в Ь--аг* ————'—

а) б) в)

Рис 8 Распределение зерен по размерам а) ИПДК КК, б) РКУП, в) ИПДК УМЗ состояний

* ■

г «' е

!•

о " л., 4: #

Угол разориектироет," Угол раэориешироеЮ4,* Угол разориентировки,

а) б) в)

Рис 9.Распределение углов разориентировок зерен в никеле после а) ИПДК КК. б) РКУП, в) ИПДК УМЗ состояний

Таблица 2 Области когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической

решетки и плотность дислокаций в УМЗ никеле

Состояние ОКР, нм Микроискажения кристаллической решетки, <£г>1/2, % Плотность дислокаций, 10'4м2

ИПДККК 42±6 0,31±0,03 1,9

РКУП 71 ±5 0,2 5 ±0,03 0,9

ИПДК УМЗ 48±6 0,37±0,03 2,1

Таким образом, в результате проведенных в четвертой главе исследований показано, что предварительное измельчение структуры перед ИПДК ведет к сохранению логнормального распределения зерен по размерам с некоторым уменьшением среднего размера зерна до 140 нм, увеличению доли большеугловых границ зерен до 87%, увеличению плотности дислокаций до 2,1 *1014 м"2 и увеличению микроискажений кристаллической решетки до 0,37%.

Глава 5. Микроструктурные особенности нанокристаллического никеля подвергнутого ИПДК.

В предыдущей главе было показано, что применение ИПДК к КК и УМЗ состояниям ведет к измельчению размера зерна до некоторого предельного значения 170-140 нм. Поэтому представляет особый интерес исследование воздействия ИПДК на материал с исходным размером зерна значительно меньшим, чем достигается при кручении КК материала. Это было исследовано на примере применения ИПДК к нанокристаллическому никелю с исходным размером зерна 30 нм, полученному электроосаждением

а) б)

Рис 10 Микрострукгура никеля полученного а) электроосаждеиием б) ИПДК нанокристаллического состояния

Электронномикроскопические исследования (рис. 10) показали, что применение ИПДК к нанокристаллическому электроосажденному N1 ведет к небольшому росту среднего размера зерна от 30 до 40 нм.

Таблица 3 Области когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической решетки и плотность дислокаций в нанокристаллическом никеле

Вид обработки Электроосаждение ИПДК НК

ОКР, нм 46 + 6 52 ±6

<е2>|/2,%, 0^1410,007 0,122 ± 0,004

Плотность дислокаций, р, м 2 9,5 х Ю14 5,6 х Ю"

Параметр решётки а, А 3,5161 ± 0,0005 3,5237 ± 0,0002

Рентгеновскими исследованиями было обнаружено, что применение ИПДК к НК состоянию ведет к уменьшению плотности дислокаций в 2 раза, уменьшению микроискажений кристаллической решетки в 2.5 раза и некоторому росту ОКР (таблица 3), что согласуется с данными ПЭМ.

Полюсные фигуры (рис.11) для электроосажденого состояния представлены четкой аксиальной компонентой <100>. Для ИПДК КК состояния наблюдается формирование аксиальной текстуры в компонентах <111> и <100>. Состояние ИПДК НК характеризуется как бестекстурное, что

по всем направлениям.

Формирование нового типа кристаллографической текстуры может указывать на изменение механизмов пластической деформации в процессе ИПДК. Экспериментальным свидетельством этому является размытие текстуры, сопровождающееся релаксацией внутренних напряжений.

Причиной релаксации внутренних напряжений могла стать большая концентрация вакансий, генерируемая при ИПДК, которая увеличивает диффузионную активность и облегчает развитие зернограничного проскальзывания в процессе ИПДК.

Таким образом, в исходной нанокристаллической структуре никеля с размером зерна 30 нм не происходит дальнейшего измельчения при ИПДК, но при этом наблюдается некоторый рост зерен до 40 нм, уменьшение плотности дислокаций 2 раза, снижение внутренних напряжений в 2,5 раза и формирование бестекстурного состояния, что связано, по-видимому, с изменением механизма деформации в сторону снижения вклада дислокационного скольжения и повышения роли зернограничного проскальзывания.

Развитие релаксационных процессов при ИПДК нанокристаллического никеля может быть связана с избыточной свободной энергией границ зерен. Расчеты показали, что при размере зерна ё = 30 нм металл имеет очень высокую энергию границ зерен, которое достигает 2.7% процентов от величины удельной теплоты плавления никеля, равной 17 600 Дж/моль. Дополнительное деформационное воздействие на высокоэнергетическое состояние НК образцов не приводит к дальнейшему измельчению структуры, а активизирует процессы релаксации, которые сопровождаются падением плотности дислокаций и небольшим ростом зерна.

Проведенные в настоящей работе исследования дополняют структурную модель УМЗ материалов представлениями о преимущественно высокоугловых границах зерен, логнормальным распределением зерен по размерам, количественными характеристиками плотности дислокаций и среднеквадратичных микроискажений кристаллической решетки, которые являются важными для проявления уникальных механических свойств ультрамелкозернистых материалов.

Результаты исследования механических свойств на растяжение показали, что высокое значение предела прочности УМЗ никеля, равное о„=1100 МПа, сопровождается сохранением достаточно хорошей пластичности (5=11%), что делает его привлекательным для использования в качестве высокопрочного конструкционного материала, в частности для применения в микроэлектромеханических системах.

Таблица 4 Оценка вкладов малоугловых и большеугловых границ в высокопрочное состояния УМЗ никеля

Состояние ае, МПа 1 аМУГ, МПа а БУГ, МПа сгдисл, МПа арасч, МПа а эксп, МПа

ИПДК КЗ 75 130 440 246 845 980

РКУП 75 130 195 137 537 515

Величина предела текучести в УМЗ никеле может быть представлена в виде суммы предела текучести КК никеля, вкладов малоугловых и большеугловых границ зерен, а также дислокаций лежащих на ГЗ. Проведенные оценки показали (таблица 4), что в ИПДК образцах наибольший вклад в высокопрочное состояние вносят большеугловые границы зерен и наличие высокой плотности дислокаций.

Основные результаты и выводы выносимые на защиту:

1. Установлены основные количественные характеристики УМЗ структур сформированных при ИПДК крупнокристаллического никеля, среди которых важнейшими являются логнормальное распределение зерен по размерам со средним значением 170 нм, бимодальное распределение спектра разориентировок зерен с преимущественной долей большеугловых границ 85%, высокая плотность дислокаций 1,9*1014 м"г и повышенные микроискажения кристаллической решетки 0,31%.

2. Обнаружено различие в центральной и краевой областях, которые характеризуются увеличением в центральной зоне образца среднего размера зерна и снижением доли большеугловых разориентировок зерен примерно на 10%. При этом уровень различий возрастает при снижении давления до величины менее 6 ГПа.

3. Выявлены основные количественные характеристики УМЗ структур, полученных применением ИПДК образцам с предварительно измельченной микроструктурой. Показано, что они характеризуются сохранением логнормального распределения зерен по размерам с некоторым уменьшением среднего размера зерна до 140 нм, увеличением доли большеугловых границ зерен до 87%, увеличением плотности дислокаций до 2.1 *1014 м"2 и увеличением микроискажений кристаллической решетки до 0,37%.

4. Впервые исследованы аномальные особенности зеренной структуры, полученной применением ИПДК к нанокристаллическому электроосажденному никелю. Обнаружено, что в исходной нанокристаллической структуре никеля с размером зерна 30 нм не происходит дальнейшего измельчения при ИПДК, но при этом наблюдается некоторый рост зерен до 40 нм, уменьшение плотности дислокаций 2 раза, снижение внутренних напряжений в 2,5 раза и формирование бестекстурного состояния, что связано, по-видимому, с изменением механизма деформации в сторону снижения вклада дислокационного скольжения и повышения роли зернограничного проскальзывания.

5. Продемонстрировано, что высокое значение предела прочности (1100 МПа), обнаруженное в ультрамелкозернистом никеле сопровождается сохранением достаточно хорошей пластичности (11%), что делает его привлекательным для использования в качестве высокопрочного

конструкционного материала, в частности для применения в микроэлектромеханических системах.

6. Оценка вкладов малоугловых, большеугловых разориентировок и вкладов дислокаций в высокопрочное состояние УМЗ никеля показала, что наибольший вклад в ИПДК никеле вносят большеугловые границы зерен и наличие большого числа дислокаций на границе зерен.

Основные научные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Жиляев А.П., Нурисламова Г.В., Рааб Г.И., Макаев Р.И., Жиляева A.A., Гимазов A.A. Изменение микротвердости и эволюция микроструктуры при отжиге УМЗ чистого никеля. // Перспективные технологии физико-химической размерной обработки и формирования эксплуатационных свойств металлов и сплавов. Сборник научных статей. - Уфа: Научное конструкторско-технологическое бюро «Искра», УГАТУ. - 2001. С. 395-401.

2. Нурисламова Г.В., Жиляев А.П., Макаев Р.И., Жиляева A.A., Гимазов A.A. Изменение микротвердости и эволюция микроструктуры в процессе термического воздействия на УМЗ никель. // Механика и прочность авиационных конструкций. Сборник докладов научно-технической конференции, посвяшенной 75-летию P.P. Мавлютова. - Уфа: УГАТУ. -2001. С. 190-195.

3. Жиляев А.П., Нурисламова Г.В. Микротвердость и эволюция микроструктуры в чистом никеле при интенсивной пластической деформации кручением. // Механика и прочность авиационных конструкций. Сборник докладов научно-технической конференции, посвященной 75-летию Р.Р.Мавлютова. - Уфа: УГАТУ. - 2001. С. 93-97.

4. Zhilyaev А.Р., Lee S., Nurislamova G.V., Valiev R.Z., Langdon T.G. Microhardness and microstructural evolution in pure nickel during high-pressure torsion. // Scripta Materialia. - 2001. V. 44. No.12. P. 2753-2758.

5. Zhilyaev A.P., Kim B.-K., Nurislamova G.V., Baró M.D.,. Szpunar J.A, Langdon T.G. Orientation imaging microscopy of ultrafine-grained nickel. Il Scripta Materialia. - 2002. V. 46. No. 8. P. 575-580.

6 Zhilyaev A.P., Nurislamova G.V., Baró M.D., Valiev R.Z., Langdon T.G. Thermal stability and microstructural evolution in nickel after ECAP. // Metall. Mater. Trans. A. -2002. V. 33A. P. 1865-1868.

7. Zhilyaev A.P., Nurislamova G.V., Suriftach S., Baró M.D., Langdon T.G. Calorimetric measurements of grain growth in ultrafine-grained nickel. // Mater.Phys.Mech. - 2002. V. 5. P. 23-30.

8. Zhilyaev A.P., Nurislamova G.V., Kim B.-K., Baró M.D., Szpunar J.A., Langdon T.G. Grain refinement and microstructural evolution in nickel during

high-pressure torsion. H Proceedings of the Conference "Nanomaterials by Severe Plastic Deformation -NANOSPD2". - 2002. P. 387- 392.

9. Нурисламова Г.В., Жиляев А.П., Рааб Г.И., Александров И.В. Изменение микротвердости и эволюция микроструктуры при отжиге никеля деформированного РКУ прессованием. // Физика металлов и металловедение. - 2002. Т. 94. № 1. С. 30-36.

10. Zhilyaev А.Р., Nurislamova G.V., Kim В.-К., Baro M.D., Szpunar J.A., Langdon T.G. Experimental parameters influencing grain refinement and microstructural evolution during high-pressure torsion.// Acta Materialia. - 2003. V.51.P. 753-765.

11. Zhilyaev A.P., Gubicza J., Nurislamova G.V., Rev6sz A., Surifiach S., Bar6 M.D., Ungir T. Microstructural characterization of ultrafme-grained nickel. // Phys. Stat. Sol. (a). - 2003. V. 198. No. 2. P. 263-271.

Нурисламова Гульназ Валериевна

ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОГО НИКЕЛЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№ 021319 от 05.01.99 г.

Подписано в печать23.05.2005 г. Бумага офсетная. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. 1,15. Уч.-изд. л. 1,08. Тираж 100 экз. Заказ 374.

Редакционно-издателъский центр Башкирского государственного университета 450074, РБ, г. Уфа, ул.Фрунзе, 32.

Отпечатано на множительном участке Башкирского государственного университета 450074, РБ, г. Уфа, ул. Фрунзе, 32.

/ !

i

i

\

i

i

05-1226 9

РНБ Русский фонд

2006-4 9471

Введение.

Глава 1. Структура и свойства ультрамелкозернистых материалов (обзор литературы).

1.1. Методы получения ультрамелкозернистой структуры в металлах и сплавах.

1.2. Особенности микроструктуры УМЗ материалов, полученных ИПД.

1.3. Особенности спектра разориентировок зерен в ультрамелкозернистых материалах.

1.4. Эволюция микроструктуры ультрамелкозернистых материалов при нагреве.

1.5. Механические свойства УМЗ металлов и сплавов.

1.6. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Материалы и методики исследования.

2.1. Материал исследования.

2.2. Методы интенсивной пластической деформации.

2.2.1. Интенсивная пластическая деформация кручением под высоким давлением (ИПДК).

2.2.2. Равноканальное угловое прессование (РКУ-прессование).

2.3. Методики структурных исследований.

2.3.1. Методика оптической металлографии.

2.3.2. Методика электронно-микроскопических исследований.

2.3.3. Методы рентгеновских исследований.

2.3.4. Методика исследования разориентировок зерен.

2.4. Методы термической обработки.

2.5. Измерения микротвердости и механические испытания.

Глава 3. Особенности формирования УМЗ структуры в крупнокристаллическом никеле в процессе ИПДК.

3.1. Электрономикроскопические исследования эволюции микроструктуры.

3.2. Рентгеноструктурные исследования.

3.3. Изучение спектра разориентировок зерен.

3.4. Изучение микротвердости образцов.

Заключения и выводы по главе 3.

Глава 4. Сравнительный анализ микроструктуры никеля после РКУ-прессования и ИПДК УМЗ состояния.

4.1. Микроструктура УМЗ никеля полученного РКУ-прессованием.

4.2. Микроструктура никеля после РКУ-прессования и ИПДК.

4.3. Исследование спектра разориентировок зерен.

4.4. Рентгеноструктурные исследования и измерения микротвердости.

4.5. Особенности деформационного поведения никеля после ИПД

4.5.1. Механические испытания на растяжение ИПДК образцов.

4.5.2. Механические испытания на растяжение РКУП образцов.

4.5.3. Оценка вкладов малоугловых и большеугловых границ в высокопрочное состояние УМЗ никеля.

Заключения и выводы по главе 4.

Глава 5. Микроструктурные особенности нанокристаллического никеля подвергнутого ИПДК.

5.1. Электронномикроскопические исследования влияния ИПДК на структуру электроосажденого никеля.

5.2. Рентгеноструктурные исследования нанокристаллического никеля.

5.3. Измерения микротвердости.

5.4. Обсуждение результатов структурных исследований нанокристаллического никеля.

Актуальность темы. В последнее десятилетие большое внимание специалистов в области физического металловедения вызвали ультрамелкозернистые (УМЗ) материалы с размером зерен менее 1 мкм [1-8]. Этот интерес во многом связан с их необычной микроструктурой, благодаря которой в УМЗ материалах наблюдаются уникальные механические свойства, такие как высокая прочность и пластичность, низкотемпературная и высокоскоростная сверхпластичность, повышенные значения характеристик усталости и вязкости разрушения.

Исторически первыми путями получения объемных УМЗ материалов явились методы газовой конденсации (газофазный синтез) с последующим компактированием [9] и шарового размола с последующей консолидацией [10]. Они позволили получить образцы размером зерен примерно 10-50 нм и начать систематические исследования их необычной структуры. Вместе с тем до сих пор остаются присущие им проблемы, связанные с сохранением остаточной пористости, поскольку плотность нанокристаллических материалов полученные этими методами обычно не превышает 95-98% от теоретической плотности. Кроме этого для этих образцов характерны и другие недостатки, связанные с внесением примесей в процессе их изготовления, а также с их ограниченными геометрическими размерами не превышающими несколько миллиметров.

Поэтому в последние годы наблюдается повышенный интерес к новым методам получения наноструктурных металлов и сплавов. Среди них особый интерес вызвали методы интенсивной пластической деформации (ИПД) [11,12], которые базируются на применении больших степеней деформации в условиях высоких давлений при относительно низких температурах. Пионерские работы в этом направлении, выполненные в научном коллективе возглавляемым проф. Валиевым Р.З. (УГАТУ, г.Уфа), получили широкую международную известность и активное развитие в ведущих отечественных и зарубежных научных центрах. Для реализации этих принципов были использованы специальные схемы механического деформирования, такие как интенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК) под высоким давлением [13-16], равноканальное угловое прессование (РКУП) [17,18] и др. Было показано, что объемные наноструктурные образцы и заготовки могут быть получены методами ИПД из самых различных металлов и сплавов, включая многие промышленные сплавы и интерметаллиды [11,12]. Размер зерен и однородность формируемой структуры при этом зависят от применяемого метода ИПД, режима обработки, фазового состава и исходной микроструктуры материала.

Для физических экспериментов большое значение имеет развитие интенсивной пластической деформации кручением, поскольку при повышенных давлениях более 5 ГПа деформация кручением может приводить к формированию в металлах УМЗ структуры с размером зерен около 100 нм и менее уже после нескольких оборотах бойков. Поэтому наноструктурные образцы, полученные ИПДК, в последние годы были широко использованы для исследования уникальных физико-механических свойств наноструктурных материалов, таких как намагниченность насыщения, температуры Кюри и Дебая, оптические свойства, высокоскоростная и низкотемпературная сверхпластичность [11,12].

Вместе с тем, многочисленные исследования показывают, что микроструктура ИПД материалов является весьма сложной [19-21] и характеризуется не только малым размером зерен, но и повышенным уровнем внутренних напряжений вследствие значительных микроискажений кристаллической решетки, высокой плотностью дислокаций на границах и в теле зерен, специфической кристаллографической текстурой. Кроме того, однородность и степень измельчения получаемых УМЗ структур может существенно отличаться по диаметру образцов вследствие различия в интенсивности деформации, а также в структуре исходного материала. Все это указывает на актуальность экспериментальных исследований количественных характеристик структуры ИПДК материалах и выявления факторов направленных на достижение уникальных механических свойств за счет формирования однородных УМЗ структур с преимущественно высокоугловыми границами зерен.

Целью настоящей диссертационной работы явилось систематическое исследование и количественный структурный анализ ультрамелкозернистого никеля, полученного интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК).

В работе впервые исследовано влияние исходного структурного состояния (крупнокристаллического, ультрамелкозернистого, нанокристаллического) на параметры УМЗ структуры после ИПДК, определены количественные характеристики микроструктуры (распределение зерен по размерам, спектр разориентировок границ раздела, плотность дислокаций, величина микроискажений кристаллической решетки). Проведение таких работ стало возможно в связи с быстрым развитием в последние годы современных методов электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа, открывших новые экспериментальные возможности для систематического изучения количественных параметров структуры ИПД материалов.

В качестве материала для исследования был выбран чистый никель, как модельный материал с ГЦК решеткой. К моменту постановки настоящей работы на примере этого материала было изучено влияние интенсивной пластической деформации на структуру образцов в работе [14]. В работе [22] были изучены микроструктура и прочностные характеристики чистого никеля, подвергнутого большим степеням пластической деформации холодной прокаткой, в которых было обнаружено формирование удлиненных зерен с преимущественно малоугловыми границами. Были известны также работы посвященные изучению физико-механических свойств никеля после интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК), в которых наблюдали формирование УМЗ структуры, исследовали их магнитные свойства [23], сверхпластичность [24], а также изучали характеристики диффузии и ползучести [25]. Вместе с тем, в данных работах были проведены исследования только некоторых характеристик микроструктуры ИПД образцов, прежде всего среднего размера зерен и их формы. Однако для выявления физической природы необычных свойств ультрамелкозернистого никеля актуальным являлся вопрос систематического изучения количественных параметров его структуры. В связи с этим в настоящей работе особое внимание было уделено изучению распределения по размерам зерен, спектру разориентировок, плотности дислокаций и величине микроискажений кристаллической решетки, которые во многом определяют уникальные свойства УМЗ материалов.

Особенностью настоящей работы явилось применение интенсивной пластической деформации кручением к чистому никелю, имевшему перед обработкой методом кручения под давлением различные структурные состояния: крупнокристаллисталлическое (100 мкм), ультрамелкозернистое (200-300 нм) и нанокристаллическое (30 нм).

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:

1. Изучение влияния исходного структурного состояния никеля на измельчение его микроструктуры при ИПДК.

2. Определение количественных параметров структуры - распределения зерен по размерам, спектра разориентировок зерен, плотности дислокаций, величины микроискажений кристаллической решетки в УМЗ никеле полученном методом ИПДК.

Научная новизна;

Впервые с помощью комплекса методов структурной аттестации определены количественные характеристики УМЗ структуры никеля (распределение зерен по размерам, спектр разориентировок зерен, плотность дислокаций, величина микроискажений кристаллической решетки) после интенсивной пластической деформации кручением в зависимости от исходного состояния, приложенного давления и степени деформации.

Практическая ценность:

Полученные результаты о логнормальном распределении зерен по размерам, бимодальном распределении спектра разориентировок зерен с преимущественной долей высокоугловых границ зерен, плотностях дислокаций и микроискажениях кристаллической решетки, которые во многом определяют проявление уникальных механических свойств УМЗ металлов и сплавов, имеют непосредственный интерес для разработки новых перспективных материалов, полученных методами интенсивной пластической деформации.

Основные положения выносимые на защиту. Результаты выполненных исследований позволили сформулировать ряд основных положений, выносимых на защиту:

1. Количественные характеристики и однородность УМЗ структуры (логнормальное распределение зерен по размерам, бимодальное распределение спектра разориентировок зерен, повышенные плотность дислокаций и величина микроискажений кристаллической решетки), сформированной при ИПДК исходного крупнокристаллического никеля.

2. Результаты структурной аттестации УМЗ никеля, подвергнутого ИПДК после предварительного измельчения структуры, где наблюдали сохранение логнормального распределения зерен по размерам с некоторым уменьшением среднего размера зерна, увеличение доли большеугловых границ зерен, увеличение плотности дислокаций и микроискажений кристаллической решетки.

3. Структурные особенности нанокристаллического никеля после ИПДК, в котором не происходит дальнейшего измельчения микроструктуры, но наблюдается уменьшение плотности дислокаций, снижение внутренних напряжений и формирование бестекстурного состояния, что связано, по-видимому, с изменением механизма деформации в сторону снижения вклада дислокационного скольжения и повышения роли зернограничного проскальзывания.

4. Анализ вкладов различных структурных составляющих в формирование высокопрочного состояния в УМЗ никеле, в котором наибольшее упрочнение вносят болынеугловые границы зерен и наличие высокой плотности дислокаций на границах зерен.

Апробация

Материалы диссертации докладывались на XV Уральской школе металловедов «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов», Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 14-18 февраля, 2000; на Республиканской научной конференции студентов и аспирантов по физике и математике, Уфа, Башкирский государственный Университет, 18 мая, 2000; на Региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике, Уфа, Башкирского государственного университета, 1-2 июня 2001; на V Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсных систем», Москва, МИФИ, 9-13 октября, 2000; на III Уральской школе-семинаре металловедов — молодых ученых, Екатеринбург, 1315 ноября, 2001; на Всероссийской научно-практическая конференции «Перспективные технологии физико-химической размерной обработки и формирования эксплуатационных свойств металлов и сплавов», Уфа, Научное конструкторско-технологическое бюро «Искра», 11-14 сентября, 2001; на IX Международном семинаре «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов» по актуальным проблемам нанокристаллических материалов, Екатеринбург, 2002; на Всероссийской научно-технической конференции «Механика и прочность авиационных конструкций», посвященной 75-летию P.P. Мавлютова, Уфа, Уфимский государственный авиационно-технический университет, 19-21 марта, 2001; на II Международной конференции «NanoSPD-2: nanomaterials by severe plastic deformation: fundamentals - processing - applications", Вена, Австрия, 9-13 декабря, 2002.

По материалам диссертационной работы опубликовано 11 статей в реферируемых журналах и сборниках и 15 тезисов на всероссийских и международных конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитированной литературы, содержит 55 рисунков, 9 таблиц и изложена на 107 страницах. Список литературы включает 99 наименований.

Результаты исследования механических свойств на растяжение также показали, что высокопрочное состояние (1100 МПа) обнаруженное в ультрамелкозернистом никеля сопровождается сохранением достаточно хорошей пластичности (11%), что делает его привлекательным для использования в качестве высокопрочного конструкционного материала, в частности для применения в микроэлектромеханических системах.

1. Морохов И.Д., Трусов Л.Д., Лаповок В.И. Физические явления в ультрадисперсных средах.— М.: Наука. 1984. 472 с.

2. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 199 с.

3. Колобов Ю.Р., Валиев Р.З., Грабовецкая Г.П. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов. -Новосибирск.: Наука, 2001. — 232 с.

4. Proceedings of the Conference "Nanomaterials by Severe Plastic Deformation -* NANOSPD2"// Edited by Zehetbauer M., Valiev R.Z. December 9-13, 2002. --- Vienna, Austria. 850 p.

5. Proceedings of Symposium TMS The Minerals, Metals&Materials Society, partUltrafine Grained Materials III", March 14-18, 2004. Charlotte, USA.th

6. Proceedings of the 8 ICSAM International Conference on Superplasticity in Advanced Materials, July 28-30, 2003. - St.Catherine's College, Oxford, UK.

7. Proceedings of the NATO ARW Advanced Research Workshop on Metallic Materials with High Structural Efficiency // Edited by Senkov O.N., Miracle D.B., Firstov S.A. September 7-13, 2003. - Kyiv, Ukraine. - 440 c.

8. Proceedings of the Conference "Nanostructured Materials by High Pressure i Severe Plastic Deformation", September 22-26, 2004, Donetsk, Ukraine (inpress).

9. Gleiter H. Nanocrystalline Materials. // Progr. Mater.Sci.- 1989. V. 33. P. 223302.

10. Koch C.C., Cho Y.S. Nanocrystals by high energy ball milling. // Nanostructured Materials. 1992. V. 1. P. 207-212.

11. Валиев P.3., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М.: Логос, 2000. 272 с.

12. Смирнова Н.А., Левит В.И., Пилюгин В.И., Кузнецов Р.И., Дегтярев М.В. Особенности низкотемпературной рекристаллизации никеля и меди. // Физика металлов и металловедение. — 1986. № 62. С. 566-570.

13. Валиев Р.З., Кайбышев О.Ф., Кузнецов Р.И., Мусалимов Р.Ш., Ценев Н.К. Низкотемпературная сверхпластичность металлических материалов. // ДАН СССР. 1988. № 301. С. 864-866.

14. Сегал В.М., Резников В.И., Дробышевкий А.С., Копылов В.И. Пластическая обработка металлов простым сдвигом. // Известия АН СССР. Металлы. -1981.№ i.e. 115-123.

15. Segal V.M. Materials processing by simple shear. // Mat.Sci.Eng.A — 1995. V. 197. P. 157-164.

16. Mishin O.V., Gertsman V.Yu., Valiev R.Z., Gottstein G. Grain boundary distribution and texture in ultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation. // Scripta Mater. 1996. V. 35. P. 873-878.

17. Zhilyaev A.P., Nurislamova G.V., Kim B.-K., Baro M.D., Szpunar J.A., Langdon T.G. Experimental parameters influencing grain refinement and microstructural evolution during high-pressure torsion. // Acta Mater.- 2003. V. 51. P. 753-765.

18. Valiev R.Z., Korznikov A.V., Mulyukov R.R. Structure and properties of ultrafine-grained materials produced by severe plastic deformation. // Mat.Sci.Eng.A.- 1993. V. 168. P. 141-148.

19. Hughes D.A., Hansen N. Microstructure and strength of nickel at large strains. // Acta Materialia. 2000. V. 48. P. 2985-3004.

20. Мулюков Х.Я. Магнитные свойства магнитоупорядоченных металлов и сплавов с субмикрокристаллической структурой. Диссертация на соискание степени доктора физико-математических наук. — Уфа, 1998. — 274 с.

21. McFadden S.X., Mishra R.S., Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Mukherjee A.K. Low-temperature superplasticity in nanostructured nickel and metal alloys. // Nature. -1999. V. 398. No. 6729. P. 684-686.

22. Иванов K.B. Закономерности формирования структуры и механизмы ползучести субмикрокристаллических Ni, Си и Си-АЦОз. Диссертационная работа на соискание кандидата физико-математических наук. Томск -2001.

23. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И., Павлик Д.А., Малышев В.Ф. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск: Навука i тэхнжа, 1994.

24. Жорин В.А., Шашкин Д.П., Еникопонян Н.С. // Доклады АН СССР. 1984, Т.278.-144 с.

25. Iwahashi Y., Furukawa M., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G. Microstructural Characteristics of Ultrafine-Grained Aluminum Produced Using Equal-Channel Angular Pressing. // Metallurgical and Materials Transactions 29A. 1998. P. 2245-2252.

26. Iwahashi Y., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G. Influence of channel angle on the development of ultrafine grains in equal-channel angular pressing. // Acta Mater. 1998, V. 46. P. 1589-1599.

27. Iwahashi Y., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G. Factors Influencing the Equilibrium Grain Size in Equal-Channel Angular Pressing: Role of Mg Additions to Aluminum. // Metallurgical and Materials Transactions 29A — 1998. P. 2503-2510.

28. Iwahashi Y., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G. The Process of Grain Refinement in Equal-Channel Angular Pressing. // Acta Materialia. 1998. V. 46. P. 3317-3331.

29. Natter H, Schmelzer, Hempelmann R. Nanocrystalline nickel and nickel-copper alloys: syntesis, characterization and thermal stability. // J. Mater. Res.- 1998.-V.13, No.5. P. 1186-1197.

30. Валиев P.3., Корзников A.B., Мулюков P.P. Структура и свойства металлических материалов с субмикрокристаллической структурой. // Физика металлов и металловедение. 1992. № 4. Р. 70-86.

31. Исламгалиев Р.К., Юнусова Н.Ф., Валиев Р.З. Влияние режимов равноканальното углового прессования на сверхпластичность алюминиевого сплава 1420. // Физика металлов и металловедение. — 2002. Т. 94. № 6. Р. 8898.

32. Islamgaliev R.K., Chmelik F., Kuzel R. Thermal stability of submicron grained copper and nickel. // Mater.Sci.Eng.A 1997. V. 237. P. 43-51.

33. Gertsman V.Yu., Birringer R., Valiev R.Z., Gleiter H. On the structure and strength of ultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation. // Scripta Mat.- 1994. V. 30. P. 229-234.

34. Ахмадеев H.A. Упругие и неупругие свойства ГЦК металлов с субмикронной (СМК) структурой. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Уфа, 1994. - 134 с.

35. Zhang К., Alexandrov I.V., Valiev R.Z., Lu К. The thermal behaviour of atoms in ultrafmed-grained Ni processed by severe plastic deformation. // J.Appl.Phys. —1998. V. 84. P. 1924-1927.

36. Mulukov Kh.Ya., Kharhizov S.B., Valiev R.Z. Grain boundaries and Saturation Magnetization in submicron grained nickel. // Phys.Stat.Sol.(a) 1992. V. 133. P. 447-54.

37. Popov A.A., Pyshmintsev I.Y., Demakov S.L., Illarionov A.G., Lowe T.C., Sergeeva A.V., Valiev R.Z. Structural and mechanical properties of nanocrystalline titanium processed by severe plastic deformation. // Scripta Mater. 1997. V. 37. P. 1089-1094.

38. Cizek J., Prochazka I., Cieslar M., Stulikova I., Chmelik F., Islamgaliev R.K. Positron-lifetime investigation of thermal stability of ultra-fine grained nickel. // Phys.Stat.Sol.A~ 2002. V. 191. No 2. P. 391-408.

39. Stolyarov V.V., Zhu Y.T., Lowe T.C., Islamgaliev R.K., Valiev R.Z. A two step SPD processing of ultrafine-grained titanium. // NanoStructured Materials —1999. V. 11. No 7. P. 947-954.

40. Horita Z., Smith D.G., Nemoto M., Valiev R.Z., Langdon T.G. Observation of grain boundary structure in submicrograined Cu and Ni using high resolution electron microscopy. // Journal of Materials Research. 1998. V. 13. P. 446-450.

41. Ахмадеев H.A., Валиев P.3., Копылов В.И., Мулюков P.P. Формирование субмикрозернистой структуры в меди и никеле с использованиеминтенсивного сдвигового деформирования. // Металлы. 1992. № 5. С. 96101.

42. Амирханов Н.М., Исламгалиев Р.К., Валиев Р.З. Релаксационные процессы и рост зерен при отжиге ультрамелкозернистой меди, полученной интенсивной пластической деформацией. // Физика металлов и металловедение. 1998. Т. 86. № 3. С. 99-105.

43. Амирханов Н.М., Исламгалиев Р.К., Валиев Р.З. Калориметрические исследования наноструктурной меди. Сборник научных трудов под ред. Носковой Н.И. и Талуца Г.Г. Екатеринбург: УрО РАН. - 1999. - С. 333343.

44. Weertman J.R. Mechanical properties of nanocrystalline materials. // Mat.Sci.Eng.A. 1993. V. 166. P. 161-171.

45. Birringer R., Gleiter H. Nanocrystalline materials. // In Encyclopedia of Mat.Sci.Eng. Oxford: Pergamon press. - 1988. V.l. P.339-370.

46. Chokshi A., Rosen A., Karch J., Gleiter H. On the validity of the Hall-Petch relationship in the nanocrystalline materials. // Scr.Met.Mater. — 1989. V.23. P. 1679-1684.

47. Christman Т., Jain M. Processing and consolidation of bulk nanocrystalline titanium-aluminide. И Scr.Met Mater. 1991. V.25. ¥.161-112.

48. Nieman G.W., Weertman J.R., Siegel R.W. Mechanical behaviour of nanocrystalline metals. //Nanostructuredmaterials. 1992. V.l. P.185-190.

49. El-Sherik A.M., Erb U., Palumbo G., Aust K.T. Deviatations from Hall-Petch behaviour in as-prepared nanocrystalline nickel. // Scr.Met.Mater. 1992. V. 27. No 9. P.l 185-1188.

50. Valiev R.Z., Kozlov E.V., Ivanov Yu.F., Lian J., Nazarov A.A., Baudelet B. Deformation behaviour of ultra-fine-grained copper. // Acta Metall. Mater. — 1994. V. 42. P. 2467-2475.

51. Valiev R.Z. Structure and Mechanical Properties of Ultrafine Grained Metals. // Mater.Sci.Eng. 1997. V. A 234-236. P. 59-66.

52. Valiev R.Z., Salimonenko D.A., Tsenev N.K., Berbon P., Langdon T. Observations of High Strain Rate Superplasticity in Commercial Aluminum Alloys with Ultra-fine Grain Sizes. // Scripta Mater. 1997. V. 37. P. 724-729.

53. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K. Microstructural aspects of superplasticity in ultrafine grained alloys. In: Superplasticity and superplastic forming. Edited by Gosh A.K., Bieler T.R. II The Minerals, Metals and Materials Society. 1998, P. 117-126.

54. Furukawa M., Horita Z., Nemoto M., Valiev R.Z., Langdon T.G. Microhardness measurements and Hall-Petch relationship in Al-Mg alloy with submicrometer grain size. II Acta Mater. 1996. V.44. No 11. P. 4619-4629.

55. Valiev R.Z. Superplasticity in nanocrystalline metallic materials. // Mater.Sci.Forum 1997. V. 243-245. P. 207-216.

56. Валиев P.3., Исламгалиев P.K. Структура и механическое поведение ультрамелкозернистых металлов и сплавов. II Физика металлов и металловедение. 1998. Т. 85. С. 161-178.

57. Wang Y., Chen М., Zhou F., Ma E. High tensile ductility in a nanostructured metal. IINature.-2002. V.419. P. 912-914.

58. Sabirov I.N., Yunusova N.F., Islamgaliev R.K., Valiev R.Z. High-strength state of a nanostructured aluminium alloy produced by severe plastic deformation. // Phys. Met.Metall-2001. V. 93. No 1. P. 37-48.

59. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочное издание // С.Г.Алиева, М.Б.Альтман, С.М.Амбарцумян и др. — М.: Металлургия. 1984. 528 с.

60. Islamgaliev R.K., Valiev R.Z., Mishra R.S., Mukherjee A.K. Enhanced superplastic properties in bulk metastable nanostructured alloys. // Mat.Sci.Eng. — V. A304-306. P. 206-210.

61. Исламгалиев P.K., Юнусова Н.Ф., Валиев Р.З. Влияние режимов равноканального углового прессования на сверхпластичность алюминиевого сплава 1420. // Физика металлов и металловедение. — 2002. Т. 94. № 6. С. 88-98.

62. Islamgaliev R.K., Yunusova N.F., Valiev R.Z., Tsenev N.K., Perevezentsev V.N., Langdon T.G. Characteristics of Superplasticity in an ultrafine-grained aluminum alloy processed by ECA pressing. // Scripta Mater. 2003. V. 49. P. 467-472.

63. Degtyarev M.V., Chashchukhina T.I., Voronova L.M., Davydova L.S., Pilyugin V.P. Deformation strengthening and structure of structural steel upon shear under pressure. // Phys.Metal.Metall 2000. V. 90. No 6. P. 604-611.

64. Zhilyaev A.P., Nurislamova G.V., Kim B.-K., Baro M.D., Szpunar J.A., Langdon T.G. Experimental parameters influencing grain refinement and microstructural evolution during high-pressure torsion. // Acta Mater. 2003. V. 51. C. 753-765.

65. Krasilnikov N., Lojkowski W., Pakiela Z., Valiev R. Tensile strength and ductility of ultrafine-grained nickel processed by severe plastic deformation. // Mat. Sci. Eng. A 2005. V. 397. P. 330-337.

66. Nieh T.G., Wadsworth J. Hall-Petch relation in nanocrystalline solids. // Scr. Met.Mater. 1991. V. 25. P. 955-958.

67. Schuh C.A., Nieh T.G., Yamasaki T. Hall-Petch breakdown manifested in abrasive wear resistance of nanocrystalline nickel. // Scripta Mater. 2002. V. 46. No 10. P. 735-740.

68. Hughes G.D., Smith S.D., Pande C.S., Johnson H.R., Armstrong R.W. Hall-Petch strengthening for the microhardness of twelwe nanometer grain diameter electrode-posited nickel. // Scripta Metall. 1986. V. 20. No 1. P. 93-97.

69. Weertman J.R., Farcas D., Hemker K., Kung H., Mayo M., Mitra R., Van Swygenhoven H. Structure and mechanical behaviours of bulk nanocrystalline materials. // MRS Bulletin. 1999. V. 24. No 2. P. 44-50.

70. Физическое металловедение. В 2-х томах. Под ред. Кана Р.У., Хаазена П.Т. — М.: Металлургия. 1987. - 663 с.

71. Лихачев В.А., Хайров Р.Ю. Введение в теорию дислокаций.— Л.: Изд. ЛГУ. 1975.- 183с.

72. Nazarov A. A., Romanov А.Е., Valiev R.Z. On the nature of high internal stresses in ultrafine grained materials.// NanoStructured Materials. 1994. V.4. P.93-101.

73. Wang Y.M., Cheng S., Wei Q.M., Ma E., Nieh T.G., Hamza A. Effects of annealing and impurities on tensile properties of electrodeposited nanocrystalline Ni // Scripta Materialia. 2004. V. 51. P. 1023-1028.

74. Kallend J.S., Kocks U.F., Rollet A.D., Wenk H.-R. Operational texture analysis // Mater. Science and Engineering. 1991. V. A 132. P. 1-11.

75. Ebrahimi F., Bourne G.R., Kelly M.S., Mattews Т.Е. Mechanical properties of nanocrystalline nickel produced by electrodeposition // Nanostructured Materials. -ml999. V. 11. No 3. P. 343-350.

76. DallaTorre F., Van Swygenhoven H, Vicroria M. Nanocrystalline electrodeposited Ni: microstructure and tensile properties // Acta Materialia. -2002. V. 50. P. 3957-3970.

77. Исламгалиев P.K., Валиев Р.З. Электронномикроскопические исследования упругих деформаций вблизи границ зерен в ультрамелкозернистой меди. // Физика металлов и металловедение. 1999. Т. 87. № 3. С. 46-52.

78. Вассерман Г., Гревен И. Текстуры металлических материалов. М.: Металлургия. - 1969. - 654 с.

79. Kozlov V.M., Peraldo Bicelli L. Texture formation of electrodeposited fee metals // Materials Chemistry and Physics.- 2002. V. 77. P. 289-293.

80. Kilmametov A.R., Alexandrov I.V., Dubravina A.A. Texture Analysis of Nanostructured Metals Produced by Severe Plastic Deformation // Materials Science Forum. 2004. V. 443-444. P. 243-246.

81. Canova G.R., Kocks U.F., Jonas J.J. Theory of Torsion Texture Development. // Acta Metall. 1984. V. 32. P. 211-226.

82. Toth L.S., Neale K.W., Jonas J.J. Stress response and persistence characteristics of the ideal orientations of shear textures. // Acta Metall. 1989. V. 37. P. 21972210.

83. Markmann J., Bunzel P., Rosner H., Liu K.W., Padmanabhan K.A., Birringer R., Gleiter H., Weissmuller J. Microstructure evolution during rolling of inert-gas condensed palladium. I I Scripta Materialia. 2003. V. 49. P. 637-644.

84. Sauvage X., Wetscher F., Pareige P. Mechanical alloying of Cu and Fe inducedby severe plastic deformation of a Cu-Fe composite. // Acta Materialia. 2005. (in press)

85. Колобов Ю.Р., Валиев P.3., Грабовецкая Г.П. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов. -Новосибирск: Наука. 2001 - 232 с.

86. Valiev R.Z. Nanomaterial advantage. П Nature. 2002. V. 419. P. 887-889.

87. McFadden S.X., Mukherjee A.K. Sulfur and superplasticity in electrodeposited ultrafine-grained Ni. // Materials Science and Engineering A. 2005. V. 395. P. 265-268.

88. McFadden S.X., Zhilyaev A.P., Mishra R.S., Mukherjee A.K. Observations of low-temperature superplasticity in electrodeposited ultrafine grained nickel. // Mater.Let. 2000. V. 45. No. 6. P. 345-349.

89. Humphreys F. A united theory of recovery, recrystallization and grain growth, based on the stability and growth of cellular structures II. The effect of second-phase particles. И Acta Mater. - 1997. V. 45. P. 5031-5039.

90. Islamgaliev R.K., Chmelik F., Kuzel R. Thermal stability of submicron grained copper and nickel. // Mat.Sci.Eng.A. 1997. V. 237. P. 43-51.