Влияние эволюции структуры на зернограничную сегрегацию и межзеренную хрупкость малолегированных рекристаллизованных сплавов молибдена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

РГ6 од

- 8 ОКТ 1996

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ 1Я НАУК УКРА1НИ

1НСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕР 1АЛОЗНАБСТВА 1Н. 1.М.ФРАКЦЕВИЧА

На правах рукотасу

Слюняев Вштор Миколайович

ВПЖВ ЕВОЛЮЦП СТРУКТУР« НА ЗЕРНОГРАШЧНУ СЕГРЕГАЦ1Ю ТА М1ЖЗЕРЕНУ КРИХК!СТЬ МАЛОЛЕГОВАШХ РЕКРИСТАЛIЗОВАНЮС СШ1АВ1В МОЛ I ВДЕНУ

Спец1альн1сть 01.04.13 - ф!зика метал!в

АВТОРЕФЕРАТ лисертац1I на здобуття ученого ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

Кй!в - 1996

Дисертац1ею е рукопис

Роботу виконано в 1нститут! проблем матер!алознавства 1м. I.М.Францевича HAH Укра!ни

Науковий кер!вш1к: доктор ф1 зико-математичних наук Драчинський A.C.

0Ф1ЩЙН1 опоненти: доктор ф!зико-математичних наук Лоцко Д.В.

доктор ф1 зико-математичних наук П1щак В.К.

Пров!дна орган!зац!я: Сумський державний ун!верситет

О ' J.-

Захист В1д0удеться " / " о/.у . '1996 р. о ___ год.

на зас!данн! спец!ал!зовано1 рада Д 01.88.03 в 1нститут!

проблем матер ¡алознавства HAH УкраГни (252142, м. Ки!в, вул.

Кржюкашвського, 3).

3 дисертац1ею можна ознайомитися у науков!й б!блютец1 1ПМ HAH Укра1ни.

Автореферат роз!слано я г " cy^fii-.i'j 1996 р.

Вчений секретар спец1ал!зовано1 ради Д 01.88.03 Ю.Б.Падерно

БАТАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИК РОБОТИ Актуадьнють теки. Одн1ею з головних причин, що обмену-ють використання тугоплавких метал!в як конструкц!йнкх мате-р!ал!з, е 1х недостатня низькотемпературна плзстичн1сть (хо-лодноломкЮть). В пол1кристалах проблема ускладнкзться схильн1стю до крихкого руйнування по границям зерен, яка пов'язана головним чином з присутШстю 1 нер!внсм!рним розпод1лом атом!в домткових елемешмв м!ж р!знши елемента-ми структури (сегрегац1еа). Це обумовлюе необх!дн!сть по-глибленого вивчення законом1рностей формування дом!иково1 неоднор1дност1 та и впливу на властивост1 матер1ал(в цього класу.

Най01льше поширення здобули термодинам!чн1 модел1 сегрегацП. Великий внесок в 1х розробку зробили в!тчизнян! та !ноземн! вчен! В. I .Архаров, е.Е.Глтман, Мак Лш, С1х, Гутт-ман та 1нш1. Результата, одержан! за допомогою такого п!дхо-ду, з усшхом використовуються при створенн1 сплав!в з п!д-вищеною пластичн!стю. Але прогностична сила шо: теорт обмажу еться умовами пост1йност! структури матер1злу. В той ке час в реальних матер 1алах формування дом1шково1 сегрегацП 1 зм1на 1х структурних характеристик, як правило, т!сно пов'я-зан! м!к собою. До числа таких характеристик сл!д в!днести: геометричн! параметри структури зерен; розм!р та розмИцення часток друго! фззи; даслокац1йну субструктуру; атомну структуру границь зерен; ф1зико-х!м!чн! характеристики дом1шкових атом1в та фактор 1х х!м1чно! взаемод!г. Прям! експеримента-льн1 докази кореляцП хШ1чного складу границь зерен 1 м!к-роструктури матер1алIв одержан1 останн1м часом в роботах О.В.КрайШкова, 0.1.Ковальова. Таким чином, особливу актуа-льн!сть набувають досл!дження повед!нки сегрегацП та II впливу на механ1чн! властивост! матер1ал1в в умовах протжа-ння у них процес1в структуроутворения.

Щль роботи полягае в експериментальному вивченн! законом 1рностей впливу зерногранично! сегрегацП дом1шкових ато-м!в на м!жзерену крихк1сть та структурну залекнють мшност! малолегованих мол!бденових сплав1в в умовах еволюцП !х структури при рекристал!зац1к

Для досягнення ц!л1 в робот! поставлен! так1 задач!: 1. Вивчити температурну залежн!сть зернограничноI сегрегацП дом!шкових атом!в в сплавах мол!бдену.

2. Виявити структуры! фзктори, як! впливають на концентрат ю дом!шкових елемент1в по границям зерен.

3. Доел!дити вплив р1вня сегрегашйного збагачення границь зерен та зшня структурних параметра на температуру холодаоломкост1, енерг1ю руйнування 1 дол» м1жзереного руй-нування у злам1.

4. Встановити законом1рностI вшшву сегрегаци дом1шко-вих атом!в та 1х фазового стану на структурну залекнють характеристик м1цност1 сплав1в мол!бдену.

Основн! науков! положения, що виносяться на захист.

1. Розрахунков1 залежност1 конкурентно! зерногранично! сегрегацП елемент1в проникнення при охолодженн1 в1д р1зних температур в систем! молЮден - кисень - вуглець. 3 пХищениям швидкост! охолодаення в!д будь-яко! температури в!дпалу концентрац1я вуглецю на границях зерен зм1нюеться по крив1й з максимумом; 1з зниженням температури попереднього в!дпалу монотонне пад!ння сегрегаци кисню !з швидк!стю охолодження зм!нюеться кривою з м1н!мумом в !нтервал! 1-103 К/с.

2. Немонотонний х1д м|цност! 1 тр!щиност1йхост! рекрис-тал!зованого молЮдену при зм!н1 тривалост1 високотемперату-рного в1дпалу обумовлений кореляшею енергм руйнування з фазовим станом границь зерен; м!н1муму м!цност! ! тр1тино-ст1йкост! в1дпов!дае стад1я формування в облает! границь зерен передвид!лень I пов'язаних з ними внутр!шн1х напружень.

3. Аномальне зростання м!цност1 крупнозернистих рекрис-тал1зованих сплав1в мол1бдену з добавками рен!ю обумовлене пол1пшенням стану границь зерен, яке внасл!док низьких дифу-з!Яно1 рухливост1 1 сегрегашйно! активност1 рен!ю проявляе-ться т!льки при високотемпературному в!дпал1 з наступним по-В1льним охолодаенням.

Наукова новизна роботи. Вперше проведено комплексне ек-спериментальне досл1дження зм!ни зерногранично! сегрегаци елемент1в проникнення (кисню та вуглецю) в сплавах мол1бдену 1 Г! вшшву на кршекють гра!шць зерен та особливост1 структурно! залежност1 характеристик м1цност1 п!сля р!зних режи-м!в терм1чно! обробки.

Виявлена немонотонна температурна залежнють сегрегаци елеменив проникнення в-умов ах рекристал1зацп, встановлен! структурн! фактори, як! впливають на !Гзм!ну: м1грац!я границь зерен, перенос дом!шкових елемент!в дислокац!ями; про-

цеси утворения та розчину частой друго! фази; конкурентя р!зних атом1в за м1сця на границях.

Розроблена методика розрахунку зерногранично1 сегрега-цП при охолодкенн! сплава з дом 1 исками, що конкуруыть м!ж собою. Проведено систематичной анал1з епливу температуря та ИВИДК0СТ1 охолодження на повед1нку основних сегрегакт1в, ки-сшо та вуглецю, в мол1бден!.

Встановлено кореляц!ю структурно! залежност! границ! м1цност1 з характером руйнування сплав!в мол!бдену. В;«.явлен! ефекти аномального знкження мщност! сплав 1 в легованих кар-биоутЕорстгли едементами тз аномального шдвжцеккя ьмщюс-т1 в сплавах з добавками рен!ю в облает! великих розм1р1в зерен. Запропоновано пояснения ефект]в, пов'язане !з зм1ною сегрегац1йного та фазового стану грашщь зерен та характеру руйнування.

Практична ц!нн1сть робота. Виявлен! законом1рност1 впливу зернограничж>1 сегрегацИ дом!шкових атом!в на комплекс механ!чних властивостей мол(бденових сплав!в мозуть бути основою розробки практичних рекомендац1й щодо опткмальних режим!в терм!чно! обробки з метою Шдвшцення IX мЩност! та пластичность

Розроблена модель сегрегацИ дом)шок в багатокомпонент-них сплавах при охолодхенн! дозволяв прогнозувати х!м1чний склад границь зерен реальних по л 1 кри стал 1 чкнх катер I ал 1в в умовах багаторазових та цикл!чних теплових навантажень.

БезпосереднШ практичний 1нтерес для розробки способ!в п!двюдення пластичност! ОЦК-метал!в мають: виявлений ефэкт впливу м!кродеформад11 на сегрегация дом!шок та 1нтенсиф1ка-ц!ю карб!доутворения на граншдях зерен; знайден! температур-н1 д1апазони перевакного впливу на температуру холодноламко-ст! сегрегащйних параметр!в або параметр!в, що характеризуют фазовий стан грашщь зерен; розроблен! уявленкя щодо впливу структурних параметр!в на фэрмування крихкого зламу при руйнуванн1 пол!кристалу.

Встановлен1 зв'язки м1а сегрегаЩйними, а також 1ншими кПкроструктурними параметрами та м! цностнкми характеристиками можуть бути основою розробки загальних принцип в структурно! !нженер!! матер1ал!в з п1двмценою ст!йк!ста до мЖзере-ного руйнування.

АпробаЩя роботи. Основн! результата роботи допов!-

дались та ооговорювались на: Всесоюзна конференцп "Структура и свойства границ зерен" (Уфа, 1S33); X та XI Всесоюз-них конференцшх з ф1зики мищост! метал!в та сплавт (Куйбкшев, 1983, 1986); VI Всесоюзна конференцп з ф1зики руйнування (Ки1в, 1989); ВсесоюзнJй конференцп "Интеркрис-таллитная хрупкость сталей и сплавов" ((жевськ, 1989); I ВсесоюзнШ школ 1-сем!нар 1 "Структурная и химическая микронеоднородность в материалах" (Ки!в, 1990); XIV шжнародшй конференцп з ф1зики м1цност! та пластичност1 матер!ал1в .(Самара, 1995).

ПублЖацП. Матер1али дисертаШ I викладен! у II науко-вих публ1кац1ях, список яких наведено у к1нц1 автореферату.

Структура та об'ем дисертацп. Дисертащя складаеться 1з вступу, п'яти глав, висновюв та сш:ску л1тератури. Пов-ний об'ем 198 стор1нок, з них 148 стор!нок друкованого тексту. Дисертащя включае 11 таблиць, 48 рисунк1в та список л1-тератури 1з 150 найменувань.

Особистий внесок автора. Автор са.мост1йно спланував та виконав експерименти з використанням широкого комплексу сучасних метод!в досл1дження; розробив методику розрахунку та rrpoBlB компьютерно моделювання сегрегац! I при охолоджен-н1; доел 1див ф1зичн1 законом1рност1 за якими в1дбуваеться руйнування пол1кристал!чних 0ЦК-метал!в. Досл|дження мвха-н!чних властивостей матер1 ал 1в виконан1 автором особисто. Досл1даення з викотдастгж влектронно1 спектроскоп 11

(GEC), растровоГ (РЕМ) та трансм1с!йно! електронно! м!кро-скопП (ТЕМ) проведен1 при активн1й участ1 автора у постанови! експеримент1в 1 задач, п1дготовц1 зразк!в, !нтерпрета-цП результат!в.

Об'ектами досл!дження були малолегован! рекристал!зова~ н1 мол!бденов1 сплави, що мали у своему склад1 р1зн1 концентрат! дом!шкових та легуючих елемент1в та знаходились у крихкому та кваз1крихкому станах. Основними методами досл!д-ження були стандартн1 методики механ1чних випробувань на розтягування, згин та тр1щиност1йк1сть, х1м!чну неоднор!д-н1еть.та структуру *анал!зували на п1дстав! даних ОЕС, РЕМ, ТЕМ, металографП. Теоретичнкй анал1з повед1кки сегрегацП при охолодженн1 виконано з застосуванням кош'ютерного моделювання.

3MICT РОБОТИ

У вступ! до дасертацП обгрунтовано актуальшсть робота, визначено кету та задач1 досл1дження, огшсана структура робота, сформульован! положения, що виносяться на занют.

Пераа глава роботи присвячена анал1зу сучасних уявлень про природу м!жзерено1 крихкост! тугоплавких метал 13.

Показано, що особливост1 електронно! структури перех!д-них 0ЦК-метал1в зумовлвють коретау спрямован!сть IX м!катом-ного зв'язку. Ця обставина визкачаз надзвичайно малу розчин-Н1сть дом1шкових атом1в проникнення в 1деалышх гратах i п!двищену розч!нн!сть поблизу дефект 1 в структури. Таким чином, сильна взземод!я дом!шок з границями зерен е специф!ч-ною особлив 1 стю метал1в VIA груш.

Проанал1зовано ochobhi модел! р!вноважно1 зерногранич-hoi сегрегацП. НзЯкращ!м наближенням для б1нарних'сплав1в е модель Мак Л1на, основним параметром яко! е енерпя зв'язку дом1шки з границею зерна. У багатокомпонентних сплавах сег-регатя р!зних дом ток ускладнюеться tx х1м1чнох> взаемод1ею, що враховуе модель Гуттмана. Модель Мак Л1на передбачае монотонне зростання концентрат! дом!икових атом!в на гранит зерна при зниженн! температури. По Гуттману спостер!гаеться б(льш складна картина: в залежност! в1д характеру взземодп моке бути як посилення, так 1 послабления сегрегацП.

Розглянуто вплив збагачення домшками граничь зерен на м!кзерену крихкЮть тугоплавких метал1в. Сегрегатя знижуе роботу утворення поверхонь хрупкого руйнування v 1 зменшуе тим самим когезIвну мщшсть матер 1алу. Показано, що значно-го зниження у можна чекати в мол!бден1 з незначною к!льк!стю в об" ем» (до Ю-3 ат.%) дом ток проникнення. Ц1 елементи ма-ють такок високt енергП зв'язку з границями зерен ОЦК-мета-л1в, а 1х значна дифуз1йна рухливЮть обумовлюв шдвицений прирют сегрегацП при охолодженн!.

Проанал1зован1 експериментальн! дан! щодо впливу MlKpo-структурних параметр!в на зм1ну характеру руйнування пол!-кристаллу (транс- або 1нтеркристал1тний). Доля м!хзереного руйнування у злам1, як правило, п!двидуеться при зростанн1 розм1ру зерен, але систематичних досл1дкень внеску сегрегацП в цей ефект недостатньо.

У друг!й глав! розглянуто законом1рност! сегрегацП до-м!шок в рекристал!зовзному мол!бден! з незм!нним розм!ром

зерен I ш1рокою области 1снування однофазного твердого роз-чину дом шок проншшення.

Досл1дкення границь зерен сплэеу Мо-С-0 виявило значне збагачення Гх киснем 1 вуглецем, з максимумом концентрат I цих елеменив в д|апазон1 1873-1973 К, де в1дбуваеться пере-х1д в однофазну область твердого розчину (рис.1). Вивчення розпод(лу концентр ащй С I 0 по глибин1 збагаченого шару вказуе на моношаровий тип сегрегацП, при цьому п1сля В1дпа-лу при 1573, 1673 К концентрат я вуглецю по глибин! зм1нюе-ться немонотонно. В Ц1е$ област1 температур кисень витискуе вуглець з центрально! зони границ1 зерна, з шдвищенням тем-ператури ефект зникае. Це св!дчить про конкуренты за м!сце дом!шок проникнення, яка моке бути описана 1зотермами:

-А- = Х^ехр(Ес/НТ), -А- = ^е1р(Е0/ЙТ), (1)

1 -Ас-Л0 1 -Ар-^

де Хс, Х0; X™, Х^ - концентрацП вуглецю та кисню на границ! зерна 1 в об'ем! в!дпов!дно, Ес, Е0- енергП гх зв'язку з границями зерен.

Рис.1. Вплив температури в(дпалу на збагачення границь зерен мол!бдену киснем (а) та вуглецем (б); попередшй в1дпал 2373 К, 1 ч.

Анал1з л1тературних даних по сбг-регацп кисню 1 вуглецю в мол 1бден1 указуе на моклив!сть взаемодП цих елемент1в. В рамках моде-л1 Гуттмана цг йЗиЗЧае, що енррпя зВ'-я.зку даного елементу залежить в!д концентрацП другого елементу на гранит зерна:

ЕС = ЕС + ЙС0*0' Е0 = Е0 + (2)

де Еп - енергП зв'язку дом1шки з границами зерен у виновному б1нарному сплав1, «со - коеф!ц1ент Гуттманз. 0Щ-нене в робот1 найб(льш ймов!рне значения с;С0 дор1внве -180 кДж/моль, то св!дчить про С«ЛЬну взаемод!ю типу в!дштовхува-ння. Показано, що велике значения коеф!ц1ента а в систем1, де виявляеться в!датовхування, може обумовити фазовий пере-

1473

х!д на гранкцях зерен, коля при зростанн! в!дношення об'ем-нкх концентрате дом1шок р1вень сегрегацП р1зко

зм!нйеться в1д перевакного збагачення одним елементом до збагачення другим. Параметром, що контролюе умови такого переходу, е такок р1зниця енерпй зв'язку дом 1 шок з гранкцями зерен. У сплав! з 1СГ2 атЛ кисню перех1д С-0 на границ! зерна мохливий при р>5. 3 п!двщенням чистоти матер!злу це в)дноаення зростае.

В робот! розроблена методика розрахунку зерногранично! сегрегацП при охолодаенщ в систем1 з домипками, що конкуру ють, та проанал1зовано вплив швидкост! охолодження на сег-регащю кисню та вуглешо в молЮденк Основна 1дея полагав в апроксимацп криво! охолодження стушнчатою кривою. На горизонтально частин1 сходинки прир!ст сегрегацП визначаеться з к1нетичних р!внянь, як1 мають вид:

(Хи-Х01)/(Х^ -яп)=2(011/Я52)1/2. (3)

де концентраЩя елемента 1 (в даному вкладку С або О) на гранит зерна в момент часу Х01- його концентратя при t=0, - концентраЩя у приграничному шзр1, 01~ коеф!щент дофузп, 26 - товщина границ1 зерна. На вертикально частин1 сходинки концентраЩя Х^ залшаеться незшннов, а р1вноваж-на концентраЩя одержуе прирЮт, який можна знайти даферен-цуванням р1вняння (1) з урахуванням (2). КонцентраЩя елемента 1 на границ! зерна шсля охолодження в!д температуря Т0, У1(Т0), Еизначаеться виразом

У1(Т0)=(1+Г1)Х1{Т0), (4)

де Г^- коеф1Щент, р1вний в1дношенню прир!сту концентратI дом!пки за рахунок охолодження до величина р!вновакно! кон-центрацЛ Х^Тд), при цьому

' (5)

Де ?1 к = в!даосна концентрац1я елемента 1 на сходи-

нц! з'номером к.

На рис.2 показан! розрахован1 температуря! залекност! * р!вновакно! сегрегацП кисюо та вуглецю в мол!бден!, а такок повед!нка концентрат I цих елемент!в при охолодаенн1 в!д температури 2373 К. При температур! вице 1773 К сегрегащя при охолодженн! практично повторюе р!вноважний х1д, при 01льш низьких температурах сегрегащя все 0!льше в!дхиляеться в!д

р1вноваги 1, нарешт!, поблизу 773 К II р!вень ф1ксуеться. При цьому б!льш рухомий вуглець за рахунок конкуренцП за м!сце витискуе кисень з границь зерен, I його сегрегац!я при зменьшенн! тешератури проходить через максимум.

Анал!з показав, що для дано! температури в!дпалу зрос-тання швидкостI охолодження змюте концентраЩю вуглецю по крив!й з максимумом в район! 0,01-10 К/с. При охолодженн!

Рис.2. Температуря! за-лежност! сегрегац1I кис-ню та вуглецю в молЮде-н1: X - р1вноважна концентрат я; У - концентрат я при охолодженн1 в!д температури 2373 К.

в!д невисоких температур (нижче 1473 К) вуглець встигае витIснити кисень

Х„

0.8 - \х0

0.6 -

0.4 •

0.2 -

0.0 • ^----, ,-,-,—

573

1373

2173

Т,К

до р!вня никче р!вновакного, внасл!док чого концентратя ки-сню проходить через м(н!мум. 31 зростанням температури в!д-палу 1нтервал швидкостей охолодження, де мае м!сце цей ефект, звужуеться, при температур! в!дпалу вице 2073 К в!н не проявляеться. Значний прир1ст сегрегацп кисню 1 вуглецю в умовах охолодження в!д високих температур спостер!гаеться аж до швидкост! охолодження Ю^К/с.

Третя глава тгрисвячена вивченню та анал1зу повед!нки сегрегацп в умовах, коли горяд з вар!ац1ею температури в!д-палу змидаеться структура матер !алу.

Виявлена немонотонна температурка залехнють сегрегацп дом 1 шок проникнення при рекристал!зацП. Показано, що в за-лежност! в1д складу сплава в цих умовах спостер1гаеться один чи два концентрац 1 йних максимума кисню та вуглецю на грани-цях зерен мол!бдену (рис.3). Проанал1зовано еволюЩю струк-турних стан 1 в матер 1алу при рекристал1зацп з метою вивчення впливу цих процес1в на перерозпод1л сегрегант!в м!ж р!зними елементами структури. Баланс мае, що описуе такий перерозпо-д!л, мае вигляд:

Х° = Хд + Хвчв + Хт(1 - я - чВ), (6)

де У? ~ середня концентрац!я домипки в сплаз!, Xго - П кон-цектращя у твердому розчгаП, X, X3 - концентрац!я на грани-Ц1 зерна I в друПй фаз» в|дпов!дно; яВ - дол! атомних мюць, зайнятих грашщямп зерен та включениям» друго! фази, в1дпоз1дно. Внесок структурних фактор(в, як1 обумовлюать пе-рерозпод1л, залежить в1д температури вюталу; на експеримен-тальн!й крив!й сегрегацп мозкна вид 1 лига так! облает!:

1) початок рекристал1зацп, коли шдвидення температури веде до розпаду елемент!в структури з високою сегрегац1йною М1СТК1СТ», при цьому Хт зростае: х"1 = Х° - Xq;

2) пересичення твердого розчину 1 випадання друго! фази в област1 границь зерен: Хт = Х° -

3) розчинення частинок друго! фази, коли концентрац!я в об'ем! дор!внюе мек1 розчинност1 при дан!й температур!, Xго = А ехр (-и/ИТ), де А 1 и - константи;

4) однофазна область твердого розчину, Хп = Х°.

Розроблена схема зм!ни х!м!чного складу границь зерен з

температурою рекристал!зац1йного в!дпалу. Як видно 1з рис.3 (пунктирна л!н!я), в сплав! Мо-С-0 розрахункова залежн!сть сегрегац!! якЮно узгодкуеться з експериментальними даними.

Рис.3. Валив температури в шалу на збагачення границь зерен мол!бдену киснем (а) та вуглецем (б): схема зм1ни збагачення границь зерен при рекристал!звцП (в).

30-

1з пор1вняння сегрегац1-йних кривих сплав!в з р!зними концентрац!ями

а

• •••• б I

в , А

^ — «ч

/ ч ^ ' 7 \

/ У

1573

2473

1873 2173

т.к

легуотих елемент!в встановлено, що окр!м перел!чених вице фактор 1 в на температурну залекнють сегрегацп впливае таконс терм1чна стаб!льн1сть часток друго! фази.

Лосл1джено вплив в!дпалу п!д навантакенням (одновюним розтягом або стиском нижче границ! плинност1) на сегрегац!ю елемзнт1в проникнення в мол!бден1. Показано, що характер вшвшу прикладеного напруження на зернограничну концентрац !ю кисню та вуглещо залежить в!д особливостей мкропластично!

деформацП при дан!й температур 1 в1дпалу. Певн! коректкви в повед1нку 1х сегрегацН вносить такой конкуренщя за мюце. Навантаження незалеино В1д знаку призводить до !нтенсиф!ка-цП процесу карб!доутворения на границях зерен.

У четверт!й глав! розглянуто вплив сегрегац1йних та !н-ших м!кроструктурних параметр!в на енергетичн! законом!рнос-т1 руйнування та механ1чк! властивост! сплав!в мол!Одену. Анал!з показав, що вплив основних сегреганив, кисню та вуглецю, на енерПю м!жзереного руйнування у мол!бдену мае як!-сно р1зний характер. Яйцо кисень окрихчуе границ1 зерен, то вуглець впливае на них б1льш благотворно. Цей вплив моэке бути як оезпосередшм, так ! непрямкм. Прямий вшив вуглеца полягае в шдвищенн1 у ! проявляеться при левному в)даошенн! зернограничних концентрат й кисню та вуглецю Хс/Х0г2. Непряма Д1я вуглецю полягае в конкурентнш взаемодИ цих елемен-т!в, яка зменшуе сегрегац!ю кисню 1 зникуе таким чином необ-х!дний р!вень очищения сплаву по цьому елементу.

Досл1даено вплив еволюцп друго! фази на тр!щиност!й-к1сть та границю м!цност1 мол!бдену з незм!нним розм1ром зерен. Знайдено, що з! зростанням часу витримки при температурах 1373, 1573 К границ! зерен рекристал1зованого мол!бдену проходять стад!! збагачення дом1шками, фэрмування передвид!-лень та пов'язаних з ними внутр1шн1х напрукень !, нарешП, випад!ння надлишкових фаз. На етап! передвид1лення доля м!к-зереного руйнування у злам! Шдвгацуеться, трИщшост!йк!сть падае. Критичною стад!ею руйнування е подолання тр!щиною плоскоI д!лянки границ! зерна.

Розвинут! уявлення про формування хрупкого зламу в по-л1кристал!. Показано, що ймов1рн1сть м1нзереного крихкого руйнування пол1кристалу Р описуеться виразом:

Р = Е (2+(т-2)о]/[я-Е(т-2) (1-ы)3, (7)

де ш - показник нер1внов1сност) зерен (для р!внов!сних зерен ш = 3); о - в!даотення ширини збагачено! дом!шками приграни-чно! зони до розм1ру зерна; Е - параметр, який залежить в1д ступ1ню декогезИ границь, к!лькост1 плотин сколу у пол1кри-стал1. Встановлено, що р1вняння (7) як1сно узгоджуеться з експериментальними даними по дол! м!жзереного руйнування у злам1 сплав1в у стан! рекристзл1защйного в1дпалу.

П'ята глава присвячена виявленню впливу сегрегацН на

характер руйнування га структурну залезет 1сть мЩностнкх та пластичних властивостей сплав1в мол1Одену.

Прогнал 130В2Н! умови зароджеяня тр!щин на границах зерен, збагачених небезпечними дом Пиками. Виникнення таких трпщш моделюеться як накопичення особливих дефект 1 в - дис-локащй ор!ентац!йно1 несум1сност1, а енергетичний баланс процесу враховуе зниження поверхневоГ енергП за рахукок се-грегацП. Показано, ¡цо на границях 1з компонентами нахилу вище 45° енерпя руйнування яких в!дносно ензргп руйнування т)ла зерна зменшена у 10 ! б!льше раз1в, розм!р зародкеноГ трюцши може досягати величини плоско! частки гранит зерна.

Доел 1 джено внесок сегрегацп у структурну чутливють границ! м1цност! о^ сплав!в мол!бдену, вар1ац!я структурного стану яких досягалася в1дпалами та швидк1сним електронагр1-вом в 1нтервал1 температур рекристал!зац!Г. По залежност! дол1 м]жзереного руйнування X в)д розм!ру зерен А сплави були розд!лен1 на три групи: 1) з транскристал1тким руйнуван-ням як шеля Шчного в!дпалу, так ! п!сля електронагр!ву; 2) з! зм!шаним (транс- та 1нтеркристал1тним) руйнуванням, у яких з п!движениям тешератури в!дпалу величина х зростала; 3) з добавкам! рен!х> 1 п1двиценою коицентращею кисню ("0,01 мас.%), як1 у всьому д1апазон! температур електронагр1ву схильн! до м1хзереного руйнування; але в умовах п!чного в!д-палу проявлялось зниження х при температур1 виде 1873 К.

В перш1й груп1 сплав1в структура залежност! границ! м1цност! п!сля Шчного в!дпалу ! електронагр!ву л!н!йн!, то-бто в!дпов1дають р!внянням Мотта-Стро. Нахил л!н1I у стан1 влектронагр!ву значно зникуеться. 3!ставлекня струк-турних залежностей с^ з даними досл!джекня х1м!чного складу границь вказуе на визначальку роль вуглецзо в зерногранкчному зм!цненн1 мол'1бдену.

У друг!Я груп! сплав!в у стан! шчного в1дпалу виявляе-ться два характерных !нтервала зм!ни о^. При малих розм1рах зерен (де характер руйнування транскристзл1тннй) залгжн1сть <г,(<Г1/2) л1н!йна. зростання розм1ру зерен виде певного критичного значения (! п1двищення при цьому дол! м1кзереного руйнування у злам!) веде до в!дхилення границ 1 м1цност! в!д закону Мотта-Стро з р1зким пад!нням мЩност!.

В сплавах третьо! групи залежност1 у стан!

електронагр!ву описуються р!внянням Мотта-Стро з в!льним

членом, р1вним нулю. При п!чному В1дпзл1 на граф1ках <?1(сГ1/'^) виявляються дв! характеры! област1: при малих роз-м!рах зерен ця залежн!сть л)н1йна, при великих <1 в!дбуваеть-ся в!дхилення в!д прямо! л!нп у сторону 0!льших значень о^ (рис.4}. При цьому початок в!дхилення ог зб!гаеться з моментом зниження дол1 м!кзереного руйнування у злам). Ц1 результат пояснено проявлениям рен1евого ефекту, який внасл!док низько1 дифуз!йно! рухливост! та недостатньо! сегрегац1йно! активност 1 цього елементу мокливий т1льки в умовзх шдвице-но! температури в!дпалу 1 в1дсутн!й при електронагр1в1.

Досл1джено вплив температури в1дпалу на температуру хо-лодаоламкост1 т!ла зерна Тхз та гранвдь зерен Т^, пол1крис-талу в умовах рекристал1зац!1, а такох незм1нного розм1ру зерен. В обох випадках Т^ на 100-200 К перевищуе Тхз, тобто най01льш крихким елементом структури е границ! зерен. Пове-д!нка Т^ в ц!х структурних станах суттево р1зна. Показано, що сегрегац1я кисню дае основний внесок в р!вень Тхг в облает! однофазного твердого розчину. При низьких температурах в!дпалу р!вень Т— визначаеться впливом часток друго! фази.

Рис.4. Структурн! залежност1 границ1 мшност! сплав!в з ре-тем Шсля п!чного в1дпалу (а) та електронагр1ву (0).

ЗАГАЛЫИ ВИСНОВКИ 1. Експериментально встановлено, що концентрац!я еле-мент!в проникнення (кисшо, вуглецю) на границах зерен рекри-стал!зованих мол1бденових сплав1в залежить не т!льки в!д температури в!дпалу, а 1 в!д зм!ни структурного стану матер1а-лу в процес! терм!чно1 обробки. Найб!льш значними структур-

ними факторами що визначають Х1м1чнкй оклад граничь зерен, е: N1грац!я границь.зерен та пов'язане з нею зникенкя 1х ад-сорбщйно! мюткостг, процеси утворення, еволюцп надлишко-вих фзз 1 зм!на IX терм!чног ст!йхосг1; зм!на розчинност1 дом1сок та перех!д з однофазно! до двохфазно! облает!; перенос дом!шок дислокаЩями при мжродефэрмац!I; конкурентна взаемод!я дом!шок.

2. Розроблена методика розрахунку зернограничноГ сегре-гацП при охолодкенн! в систем! з домШками, що конкурують. 3 II використанням проанал!зовано повед!нку кисню та вуглецю на гранвдях зерен мол!бдену в умовах л!н!йного охолодкення в широкому штервал! иЕидкостей охолодхения. Показано, що при високкх температурах вюталу (вище 2073 К) значний пр-лрют сегрегацП цкх елемент1в в!дбуваеться аи до швидкост! охолодкення 106 К/с. При зм!н! швидкост! охолодкення сегрегац!я вуглецю зм!нюеться по крив!й з максимумом. Залежнють сегрегацП кисню в!д швидкост! охолодкення визначаеться температурою в!дпалу: по м!р! !! зниження монотонне пад!ння концентрат! кисню змПтеться кривою з м1н!мумом, яккй вказуе на аномальне зб!днення границь зерен сплаву цим елементом.

3. Показано, що вплив домIшок проникнення (кисню та вуглецю) на енерг!» м!кзереного руйнування молЮдену моке бути як прямим, так 1 опосередкуваякм. Пряма д1я проявляеться при певному сп!вв!дношенн1 зернограничних концентрац!й щи елв-мент!в ! полягае в безпосереда1й зм!н1 енергП м1кзереного зчеплення металу. Поб1чний ефект полягаз в зменшенн! сегрегацП кисню за рахунок його конкурентно! взаемодП з вугле-цем 1 веде до зниження необх!дного р1вня очищения сплав!в мол!бдену по кисню при наявност! достатньо! к!лькост! вуглецю; цей механгзм проявляеться при певному сп!вв!дношенн1 ко-нцентрац1й вуглецю та кисню в матриЩ, яке Шдвшцуеться з Шдвищенням чистота сплав!в.

4. Встановлено, що з двох головних елеменИв структури (т1ло зерна та границ! зерен) найсшьш крихким елементом е грашщ! зерен: температура холодноламкост! границь Тхг на 100-200 К перевшцуе температуру холодноламкост! т!ла зерна Тхз. СегрегаЩя дом!шок дае головний внесок в р1вень Тхг в облает! однофазного твердого розчину; при низьких температурах рекристал!зац1йного в1дпалу величина Т^ обумовлюеться морфолог!ею, к!льк!стю та розташуванням часток друго! фази.

5. Знайдено, що !нтенсивне окрихчення границь зерен сплав(в мол1бдену обумовлюеться рядом структурних ситуашй: сегрегац!ею атошв кисню; початковими стад1ями утворення ви-д!лень друго! фази, що супроводауються виникненням локалышх внутр!шн1х напрутень; утворенням тонких пл!вок вид1лень на границах зерен. 1мов!рн1сть м!жзереного руйнування пол!крис-талу зростае з Шдвищенням м!ри нер1внов!сност1 зерен, а та-кож шириш збагачено! дом Паками пркгранкчно! зони.

6. Показано, що характерною особлив1стю часток друго! фази в мол!бденових сплавах з карб1доутворюючими елементами (циркон!ем, танталом) е наявнЮть в !х склад! кисню. Розчи-нення цих часток при високотемпературному в!дпал1 обумовлюе значне сегрегац!йне збагачення границь зерен ! веде до зм1ни характеру руйнування в!д транскристал!тного в облает 1 малих розм!р1в зерен d до м1жзереного при великих d. Насл1дком цього е поява перелому на структурой залекност! границ1 м1-цност! af(<T1/'2) 1 виникнення на н!й двох прямол!н!йних д1-лянок з ненульовим 1 нульовим в!льшш членом Мотта-Стро в облает1 транс- та !нтеркристал1тного руйнувашя в!дпов!дно. Сп!вставлення енерг!й руйнування сплав 1в з результатами доел !дкення.х1м!чного складу границь зерен св1дчить про голов-ну роль вуглецю в зернограничному змщненн! мол!бдену.

7. Знайдено, що в сплавах мол!бдену з додатками рен1ю у стан! п!чного в1дяалу зразки з малим розм!ром зерен руйную-ться крихко по границям зерен, з великим розм!ром зерен - по т!лу зерен. В!дпов!дно, в област1 великих розм!р1в зерен проявлявться в1дхилення в!д л!н!йно! залежност! oi(d_1/2) з аномальним зростанням-м1цноет1. В стан! електронагр!ву спла-ви з рен1ем зазнають крихкого м1жзереного руйнування при вс1х розм1рах зерен. Зростакня м1цност! цих сплав!в у стан! п1чного в!дпалу поястоеться пол!пшенням стану границь зерен, яке внасл(док низько! дифуз!йно! рухливост! 1 недостатньо! сегрегац1йно! активност! рен!ю проявляеться т1льки в умовах високотемпературноI (вшце 1873 К) терм1чно! обробки з насту-пним пов!льним охолодженням.

Основний зм!ст дисертацП викладено в роботах: 1. Критерий оптимального выбора легирующих элементов для снижения межзеренной хрупкости в металлах VIA группы / A.C. Драчинский, А.В.Крайников, В.Н.Слюняев, В.И.Трефилов // ФШ.

1Т

- 1984.- T.58.- N2,- С.324-329.

2. Драчинский A.C., Крайников A.B., Слюняев В.Н. Немонотонная температурная зависимость обогащения кислородом и углеродом границ зерен молибдена // Металлофизика.- 1987.- Т.Э.-HI.- С.94-99.

3. Драчинский A.C., Крайников A.B., Слвняев В.К. Взаимосвязь примесного обогащения границ зерен и температуры хладноломкости при отжиге молибдена//«Ш.-1988.-Т.66.-МЗ.- С.538-545.

4. О химической и фазовой неоднородности и причинах мехзере-нной хрупкости сплавов молибдена. I. Влияние эволюции структуры при отжиге на зернограничную сегрегацию элементов внедрения / А.С.Драчинский. С.Н.Каверина, A.B.Крайников, В.Н. Слюняев // «ММ.- 1990.- N8.- С.97-102.

5. Драчинский A.C., Крайников A.B., Слюняев В.Н. О химической и фазовой неоднородности и причинах межзеренной хрупкости сплавов молибдена. II. Влияние сегрегации примесных элементов и карбидных выделений на охрупчивание границ зерен // «ММ.- 1990.- N9.- С.102-106.

6. Сегрегация элементов внедрения и трещиностойность сплавов молибдена в различном структурном состоянии V А.С.Драчинский, С.Н.Каверина, А.В.Крайников, В.Н.Слвняев // Структурная и химическая микронеоднородаость в материалах.- Киев: ИПМ АН Украины, 1991,- С.77-83.

7. Krajnikov А.V., Drachlnskly A.S., Slymyaev V.N. Grain boundary segregation In recrystallized molybdenum alloys and its effect on brittle intergranular fracture // Intern. J. of Refract. Metals and Hard Mater.- 1992.- V.11.- P.175-180.

8. Слюняев В.Н., Крайников A.B., Луговой Н.И. Сегрегация при охлавдении в системе с конкурирующими примесями: методика расчета и ее применение к сплавам молибдена // «ММ.- 1993.-Т.76.- N5.- С.61-67.

9. Драчинский A.C., Крайников A.B., Слвняев В.Н. Влияние приложенного напряжения на зернограничную сегрегацию углерода и кислорода в молибдене // Металлофизика и новейшие технологии.- 1994.- Т.16.- N11.- С.42-46.

10. Влияние структурного состояния на хладноломкость и трещиностойность малолегированного молибдена / А.С.Драчинский, А.В.Крайников, В.Н.Слюняев, С.Н.Каверина // ФХШ.- 1994.- Т. 30.- N5.- С.34-44.

11. Слюняев В.К., Крайников A.B., Луговой Н.И. О возможном

механизме влияния кислорода и углерода на межзеренную хрупкость рекристаллизованных сплавов молибдена // <ЕММ.- 1995.-Т.80.- N4.- С.139-147.

Слюняев В.К. Влияние эволюции структуры на зерногранич-ную сегрегацию и межзеренную хрупкость малолегированных рекристаллизованных сплавов молибдена. Диссертация в форме рукописи на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.13 - физика металлов. Киев: Институт проблем материаловедения НАН Украины, I99S г.

Защищаются физические представления о закономерностях влияния эволюции структуры на формирование химического состава границ зерен, результаты расчета зернограничной сегрегации при охлаждении в системе с конкурирующими примесями, а также эффект аномальной структурной чувствительности предела прочности в сплавах молибдена с добавками рения, опубликованные в II работах. Обосновано немонотонное изменение сегрегации с температурой рекристаллизационного отжига. Выявлены структурные факторы, обусловливающие повышение вероятности разрушения поликристалла по мекзеренной траектории.

Ключов! слова: структура, дом!шкова сегрегац!я, границ! зерен, м1жзерена крихкють.

Slyunyaev V.N. Influence оГ structure evoluton on grain boundary segregation and lntergranular fracture of low-doped molybdenum alloys. A thesis In the form of a manuscript for the Candidate's Degree in Physics and Mathematics, the speciality 01.04.13 - Physics ol Metals. Klyiv: Institute for Problems in Materials Science of NAS of Ukraine, 1996.

The regularities of structure evoluton effect on the formation of grain boundary composition, the calculation results of grain boundary segregation through cooling in the system with competitive impurities, the effect of anomalous structural sensitivity of fracture stress In Re-doped molybdenum alloys, which are published in 11 scientific papers are defended. Nonmonotonous temperature dependence of segregation in the course of recrystalllzation annealing is explained. The structural parameters resulting in increasing of a probability of the lntergranular fracture in a polycrysta-lline material are revealed.

Key words: structure, impurity segregation, grain boundaries, lntergranular brittlenes. r