Амплитудно-зависимые релаксационные эффекты при упругой деформации в сплавах на основе железа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

> р ^ ^РЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСОВЕШИШ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

А1ШШ7ДНО-ЗАВИСИМУЕ РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ЭФФЕК1Ы БРИ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ 2ЕЛЕЗА

01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени кандидата физико-ыатематических наук

Харьков - 1994

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Харьковской государственном университете Научные руководители: Д-р фаз.-лат.наук, проф.

СИРЕНШ Анатолий Федотович К-т физ.-ыат.наук РОХЫАНОВ Николай Яковлевич

Официальные оппоненты:

1. Д-р физ.-ыат.наук, проф.АНДРОНОВ Владимир Михайлович (ХГ7, г.Харьков)

2. Д-р физ.-мат.наук, проф.ПЕТЧЕНКО Александр Матвеевич (ХИИГХ, г.Харьков).

Ведущая организация - Институт Монокристаллов АН Украины

(г.Харьков). _

Защита состоится " 6 щ_г. в I / часов

на заседании специализированного совета Д 053.06.02 в Харьковском государственном университете (310077, г.Харысов-77, пл.Свободы, 4, ауд. им.К.Д.Синельникова).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ХГУ.

Автореферат разослан " "__1994 р.

Ученый секретарь / специализированного совета ----Тз.П.Пойда

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность пробгемы, В области упругой деформации у реальны! твердых тел наблюдаемся ряд отклонений от чисто упругого поведе-шя - проявляется нэупругость, то есть невдеашьная (неполная) уп-)угость. Вследствие этого при циклической деформации наблюдается «обратимый переход энергии упругих колебаний в тепловую энергии гела и еэ рассеяние. Различные механизмы превращения упругой энергии в тепловую объединены общим названием - внутреннее трение [ВТ). Затухание колебаний определяется действием многих атомных »еханизмов, цричем конкретный вклад каждого из них определяется юставом, структурой материала и внешними условиями-(температурой, гас го той. и амплитудой колебаний). ВТ обладает а силу этого,1 паря-цг о высокой чувствительностью, выоокой избирательностью по отно-иению к различным элементам дефектной структуры реальных крнстал-юв. Изучение этим методом спектров механической релаксации в свердых телах позволяет получать информацию о процессах, протекающих на микроуровне, о которых подучить информацию другими мето-дасами зачастую невозможно;

Механизмы механической релаксации (ВТ), как правило, делятся, и две группы, одну из которых связывают с динамическим гястера-¡исом (линейной вязкоупругостью), вторую - со статическим гистерезисом, в основе которого лежит нелинейная связь между приложении напряжением и деформацией тела. Все механизмы, входящие в пер-эую группу, дейотвуют независимо от амплитуды колебаний (ре лаке а-доэнные, резонансные механизмы). Механизмы статического гистерезиса (дислокационный, магнитоупругий и др.), наоборот, обуолавли-зают амплитудно-зависимые эффекты. Механизмы первой группы дают задежный инструмент для получения данных о свойствах дефектов различного вида, времени релаксации и энергии активации процессов. 1зучение второй группы амплитудно-завиоимых механизмов, кроме ыо-оучения научной информации, полезш для ооздания материалов с аномально высокими (сплавы выоокого демпфирования) и аномально низкими потерями. В связи с этим исследования, направленные на изучение диссипации энергии в сплавах на основе железа, являющих-зя наиболее распространенными конструкционными материалами, пред-зтавляются важкыш и актуальными.

Цель диссертационной работы. Целью настоящей работы явилось доследование амплитудно-зависимйх релаксационных эффектов, сопро-

вождающих фазовые превращения, изменения структурного и магяитн го порядка в сплавах Fe-С и Fe-AI.

В связи с указанной целью работы в диссертации были поставле ны следующие задачи исследования:

1. Установить закономернасти амплитудной зависимости внутрен него трения вблизи точки Кюри карбидов типа РедС в высокоуглеро-дестых сталях, в которых аномалии ВТ наиболее выражены.

2. Провести электрохимическое ввделение карбидных фаз из выС' коуглеродистых сплавов Ре-С и Fe-C-Mn , изучение их термическоп расширения в температурном интервале, включающем точку Кюри; со: местный анализ температурной зависимости магнитных свойотв стру: турно-свободного цементита и магнитных свойств высокоуглеродистых сталей.

3. Изучить ранние стадии процессов упорядочения в сплаве Fe^. и их взаимосвязь с релаксационным спектром внутреннего трения.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты. Впервые проведены i раллельные исследования свойств сплавов Fe-C вблизи точки Кюри цементита и свойств выделенных из этих сталей карбидов типа Feg( Проведены комплексные исследования процессов упорядочения в сплг ве FegAI и особенностей его релаксационного спектра внутреннего трения. Е сплаве Fe^AI, находящемся в частично упорядоченном неравновесном состоянии, обнаружен новый амплитудно-зависимый релаксационный эффект (ВТ).

Практическая значимость работы. Полученные в настоящей работ! результаты способствуют выяснению механизмов релаксационных эффектов в сплавах на основе железа. Данные о внутреннем трении вблизи точки Кюри карбидов могут найти приложение в разработке сплавов с особыми демпфирующими свойствами и при выборе режимов их термической обработки. Результаты изучения упорядочения в сплавах Fe-AI могут быть использованы для оптимизации свойств М£ гнитострикционных материалов. Изучение теплового расширения выделенных из сталей карбидов железа и релаксационных свойств сталей вблизи точки Кюри карбидов Fe-^C способствует выяснению механизмов аккомодации структурных составляющих сталей в условиях фазового перехода, изменения коэффициентов термического расширения фаз, что имеет не только научную, но и практическую значимость, в частности, при проведении термоциклической обработки сталей вблизи точки Кюри цементита.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Внутреннее трение вблизи точки Кюри карбидных фаз в сплавах лезо-углерод при скоростях нагрева, меньше некоторой граничной, ределяющей способность материала к релаксации термических напря-ний, характеризуется появлением зависящего от амплитуды дефор-ции пика, имеющего не дебаевскуи,. а Я-форму.

2. Немонотонное изменение высоты обнаруженного пика внутренне-трения в зависимости от скорости деформации свидетельствует о

м, что механизм его возникновения обусловлен вязким затуханием лизи точки фазового перехода 2-го рода, - в данном случае переда карбидов БедС и (Ре, Мп )3С из ферромагнитного в парамагнит-е состояние.

3. Условием появления амплитудно-зависимого релаксационного эф-кта в сплаве Ре^А! является наличие двухфазного, частично упо-доченного неравновесного состояния.

4. Процесс структурного упорядочения в сплаве БедА1 в равкове-щх условиях обладает признакачи,фазового перехода 2-го рода, юрядочение того же сплава в неравновесных условиях, идущее по ту Л03 , сопровождается значительным объемным эффектом, резким щением электрического сопротивления, появлением амплитудно-за-юимого релаксационного эффекта, - т.е. обнаруживает признаки фа-щого перехода первого рода.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыва-юь на семинарах кафедры физики твердого тела ХГУ, 1-ом Мездуна-|дном семинаре по эволюции дефектных структур в металлах и сшш-ix (Барнаул, ЕЛИ, 1992 г.), на постоянном семинаре по релаксацд-[пым явлениям в твердых телах (Воронен, ВПИ, 1993 г.), научной' 1нференции по физическим явлениям в твердых тела:: (Харьков; И7, !93 г.).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит I введения, четырех глав, заключения и списка использованной лд-¡ратуры, включающего 108 наименований. Она изложена ка 127 стра-щах машинописного текста, содержит 47 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Зо введении обоснована актуальность темы диссертации, оироде-¡ны ее цель я задачи, показана научная ясвизяа работа, с'кркуля-)ваны положения, 1?цносимые кн защиту. В первой главо -'плолсега и обсуддаптоя работы отечественна л

зарубежных авторов по механизмам внутреннего рассеяния энергии механических колебаний. Рассмотрено амплитудно-зависимое и амплитудно-независимое ВТ, механизм магнитомеханическохо затухания, особенности ВТ. вблизи точки Кюри. Особое внимание уделено системе Ре-С, которая является объектом исследования. Поскольку цементит в значительной, мере определяет свойства сплавов Бе-С, проведен обзор литературы по свойствам карбидов железа. Рассмотрены особенности внутреннего трения и структурное состояние упорядоченных твердых растворов в сиатеме Ре-А1. Отмечается, что при исследовании релаксационных эффектов (ВТ) при упругой деформации сплавов железа не всегда учитываются особенности состояния 1фисталличес-кой и магнитной структуры составляющих твердое тело фаз. В гете-рофазшх системах ВТ-анализируетск, как правило, с позиций, не учитывающих структурное и магнитное сопряжение фаз. Остается не выясненным вопрос влияния амплитуды деформации на внутреннее рассеяние энергии колебаний вблизи точек фазовых переходов одной из фаз. В связи с этим представляются актуальными исследования амплитудной зависимости ВТ (АЗВТ) упорядочивающихся сплавов, в которых переход порядок-беспорядок может протекать за счет поэтапного упорядочения.

Во второй главе описаны исследованные материалы и методики изучения их структурного состояния. В качестве объектов исследования были выбраны поликристаллические сплавы вакуумно-индукционной пла- . вки на основе железа следующих составов (мас.$):

1. С - 1,72$, Мг\- 0,53, Сг <0,10$, N1 < 0,20$, остальное желево (в дальнейшем У17);

2. с/- 1,60$, Мп- 2,26$, Сг <0,20$, N1 < 0,20$, остальное железо (160Г2);

3.С - 0,39$, остальное железо (выплавлен из рафинированного железа марки 008КР);

4. Двойные сплавы Бе-Э.в ат.$ А1 и Ре-25,2 ач.% А1, выплавленные из железа 008ЖР и алюминия высокой чистоты (содержание углерода в сплавах не превышало 0,03 мас.$). Для сравнительны* исследований использовались промышленные сплавы: стали 20 и 40.' Структурные характеристики определялись с помощью оптической и электронной мшсроокопии. Для исследования структурного состояния, фазового и элементного состава наряду с металлографией использовались рентгеновские методы структурного и спектрального анализа (МАР-2, ДР0Н-2,0)г. Электрохимическое экстрагирование карбидной

Е>азы из сталей 717 и 160Г2 проводили потонциостатнческим методом.

1ля магнитных измерений порошок Ре^С помещался в трубку из нейзиль-Зера. Исследование магнитных характеристик проводилось о помощью ликровеберметра Ф1Э0. Определение точки Кюри карбидной фазы выпол-эдлось путем измерения остаточной намагниченности при охлаждении■ зтержневидных образцов, намагниченных до наоыщения при температурах выше точки Кюри карбидов.

Удельное электросопротивление р измерялось с помощью четырех-гочечной методики при токе через образец, не превшающем 0,15 А. 1огрешность определения р не превышала 0,1$. Измерения ВТ про-зодились с помощью автоматизированной вакуумной установки, в остову которой положен принцип крутильного маятника, по декременту галебаний 8 при частотах 50-100 Гц, амплитудах закручивания [-10"® - температурах 288-973 К, при напряхенностях про-

дельного магнитного поля 0-8 *10^ к/и. Низкочастотные исследования ЗТ {^Ш 2 Гц) проводились на аналогичном релаксаторе в ручном режиме.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты ис-зледований релаксационных эффектов (ВТ) в высокоуглеродистых спла-зах Ре-С, содержащих 25 об./? карбидной фазы, а также изучения звойств карбидов, экстрагированных из этих сталей. В качестве конкретных объектов исследования в настоящей главе были выбраны спла-зы 717, 160Г2, модельный сплав Ге-0,39 мао.# С, стали 20 и 40, а также изолированные карбиды Ге^С и (Бе, МП. )3С в виде порошка.

Образцы сталей предварительно отжигались в течение 2-х ч в вакууме (при оотаточном давлении 13 мПа) при температуре 500-720°С 1 охлаждались до комнатной температуры вместе о печью. Доэвтекто-адные сплавы в исходном состоянии имели характерную феррито-пер-штнуш структуру. После отжига она трансформируется в структуру зернистого перлита с глобулярными выделениями БедС в ферритной матрице. Отжиг сплава Бе-О,39% С при температурах 600-720°С не 1риводит к существенным изменениям в структуре, и она имела фер-мто-перлитную структуру с пластинчатым перлитом. Выоокоуглеро-хистая сталь У17 имела типичную для заэвтектоидной стали структуру с сеткой структурно-свободного цементита по границам бывшего эустенитяого зерна. В сплаве 160Г2 карбидные выделения очень мел-га дисперсны.

Измерения Тс карбидов в двойном сплаве Ре-0,39^ Сив стали 1П7 показали, что она лепит в интервале 210-215°С. Это соответст-

"вует даннш, полученным и для экстрагированного из стали У17 карбида. Для стали 160Г2, содержащей марганец, Тс лежит несколько ш же (примерно 160-170°С). Использование стали, содержащей марганех позволяет проводить измерения ВТ вблизи Тс при более низких темпе ратурах. Экстрагированный из этой стали карбид более устойчив,■ча позволяет проводить требующие определенного времени параллельные исследования его структуры и физических свойств.

Поскольку при деформации стали цементит находится в стесненные условиях, его линейное расширение может в существенной мере повле ять на напряженное состояние в сплаве и на релакоационные эффекть вблизи Тс. В связи с этим проведены рентгендифракционные исследования .линейного расширения порошков карбидов Ре^С и (Бе, Ма )3С при переходе через их точку Кюри. Рентгеновский (элементный) анализ карбидного осадка указывает на наличие в нем примесей МП. ,

О и Си. . Содержание марганца в карбидах, выделенных из сталей 160Г2 и У17, ооставило 5,6$ и 0,5$ соответственно. Концентрация хрома в этих карбидах не превышала 0,002%. Рентгеновский фазовый анализ показал наличие в них лишь одной фазы типа Ре^С. В интервале температур от комнатной до Тс для коэффициента а ли нейного расширения стали У17 получено рентгенографическими измерениями значение 5,5-10~® град-* в.направлена [011] , при температурах Тс - 250°С - 11-10""6град-1. Для направления [210] с* по нашим данным, равно 5-10"^ град""* и 9-1СГ® град"* соответственно. Более низкие значения (X исследованных карбидов при Т < Тс объясняются магнитным вкладом в тепловое расширение.

При подходе к точке Кюри карбидов, уже в сплавах, где объемная доля Ре3С составляет 3% наблюдается немонотонный ход температур ной зависимости ВТ. Вблизи точки Кюри сплава Ре-0,39$ С появляется отчетливо выраженный максимум ВТ 87 Гц); одновременно на блвдается аномальное изменение динамического модуля сдвига. Нало-жание магнитного поля показывает, что наблюдаемый максимум не обу словлен тривиальным Л £ -эффектом. Необычным свойством обнаруженного максимума является амплитудная зависимость его высоты ( пик выше при большей амплитуде .у ), т.е. имеет место амплитудно-зависимый релаксационный эффект (АЗРЭ). Повышение содержания углерода в стали до 1,72 иас.% приводит к увеличению высоты максимума Он приобретает отчетливо выраженные черты пиков, связанных с фазовыми переходами: пик сильно асимметричен, - на половине высоты, как правило, уха дебаевокого пика. Асимметрия пика особенно силь-

) выражена в случае измерений в режиме охлаждения. При подходе Тс карбидов ВТ скачког/. возрастает почти вдвое (У17). Характерен Л -видная форд/а пг;-:л типична для фазовых переходов 2-го рода.

Измерения температурной зависимости ВТ стали 160Г2 при относи-злыю малых скоростях нагрева, Т ^ 0,5-0,75 град/мин, показыва-г, что пик становится еще более выраженным ( ^ря^ЮО Гц). Заме-¡но, что его появлению способствует структура с глобулярными вы-глениями карбидов. Для малоуглеродистых сталей с феррито-перлит->й структурой, где основная объемная доля карбида железа сосредо-)чена е пластинчатом перл"те такие пики ВТ, насколько известно, ! наблюдались. В отличие от пиков ВТ вблизи Тс карбидов в спла-ис У17, 1бОГ2 стали 40, полученных при повышенных частотах, в »ласти низких частот обнаружена обратная зависимость высоты пика 'от , а именно при ^ = он выше, чем при ^ =

4,4«10"^ (сталь 40). Наблюдаемое проявление АЗРЭ позволяет сде-[ть более конкретные выводы о механизме рассеяния энергии упру-[X колебаний вблизи точки Кюри дисперсной карбидной фазы в Бе-С лавах. Если придерживаться классификации механизмов ВТ по Ван )рену, то рассмотре .ный эффект не является, строго говоря, ни ре-ксационным, ни резонансом, поскольку последние не зависят от ¡у • Он не является также гистерезисньш,-поскольку исчезал бы насыщающем мпгнит^ом поле. Таким образом наблюдаемый эффект, в ответствии с упомянутой классификацией, определяется вязким за-ханием.

Действительно, вблизи Тс ферромагнитный материал под дейстзи-малых приложенных напряжений 6 проявляет, оставаясь неуп-гим, простую вязкую ползучесть (А.Новик, Б.Берри). Это происхо-т в результате того, что величина релаксации спиновой системы время релаксации V при Т —> Тс стремятся к бесконечности, скольку за четверть периода колебаний образца текущая деформа-я ¿С достигает амплитудного значения ^ , в качестве меры здней-скорости деформации у можно принять величину $ = 4 . Измерения ВТ при различных £ и % , проведенные

одном и том же образце стали 40 при изменении ^ путем ва-эции длины образца и момента инерции подвесной системы, позво-яи обнаружить, что существует оптимальная скорость деформации, а которой пик ВТ вблизи Тс карбидов имеет наибольшую высоту Утах = 1,4.Ю-^ с-1). Немонотонная зависимость высоты шиш от г находит свое объяснение, если учесть, что карбидные частицы

находятся в условиях стесненной деформации и что происходит как релаксационный процеоо в самих ..частицах, так и взаимодействие выделений с матрицей. В качестве основного элемента при реологическом описании поведения выделений вблизи Т0, цо-видимому, может быть взята ячейка Максвелла, для которой скорость деформации

6jG + б]^ . , где |U - вязкость. При больших скоростях нагружения 6jG>~> б/fJ. , и частицы могут рассматривать ся как упругие тела Гука. При достаточно малых б поведение.карбидных выделений отвечает реологическому поведению ньютоновой жидкости, и ВТ снижается. Таким образом, при ¿f» tfmax ввделения могут рассматриваться как идеально упругие твердые тела, что объясняет уменьшение выооты пика ВТ в этом интервале ff . Снижение $ в области ff <(fmax ...овязано с тем, что ввделения релак-сируют за времена, пренебрежимо малые по сравнению со временем, за которое деформация сх-Ре изменяется от нуля до своего амплитудного значения ВТ в этих условиях, естественно, уменьшается. Максимум соответствует некоторому промежуточному вязко-упругому поведению выделений.

Изменение скорости нагрева Т также оказывает влияние на рассматриваемый пик ВТ: с увеличением Т от 0,2 град/мин до 3-5 град-мин он вблизи Тс сужается и несколько смещается в область пониженных температур. Это особенно выражено в случае сплава 160Г2. Для объяснения этих экспериментальных результатов цривлекаются данные по термическому расширению цементита, анализ которых показывает, что выделения карбидов в условиях стесненной деформации при нагреве испытывают действие напряжений термического происхождения .(Коэффициент термического расширения цементита в области Т < Тс почти в 2 раза ниже, чем КТР для cx-Fe). Показано (Сиренко А.Ф., Рохманов Н.Я.), что эти напряжения частично релак-оируют путем растворения-подрастания выделений. Однако при скоростях нагрева выше некоторой критической, составляющей 0,25-0,5 град/мин, они не успевают релаксировать и карбидные выделения должны испытывать действие растягивающих напряжений. Кроме 0Ь , при переходе через Тс возникает спонтанная деформация магнито-стрикционного происхождения и связанные с ней напряжения бт . Смещение пика ВТ при вариации Т может найти объяснение, если предположить, что положение точки Кюри цементита зависят от суммарного напряжения ( Ör/}).

В четвертой главе приводятся результаты исследования ранних

стадий процессов упорядочения в оплаве Ге-25,2 ат.% А1 и их влияния на релаксационный спектр ВТ. В третьей главе рассмотрены особенности ВТ при изменении магнитного порядка одной из фаз гетеро-фазяого ферромагнетика при переходе через точку Кюри этой фазы. Представилооь целесообразным расширить круг.вопросов, связанных с влиянием упорядочения на характер.рассеяния энергии упругих колебаний, включив в рассмотрение явление структурного упорядочения. Чтобы оставаться в рамках единого термодинамического и симметрий-ного подхода к анализу яаблвдаемшс эффектов естественно выбрать для исследований систему, в которой переход типа порядок-беопоря-док происходит по механизму фазового перехода 2-го рода. Кошфет-ннй анализ процессов упорядочения показывает, что упорядочение может развиваться как переход 2-го рода в кристаллах о ОЦК решеткой. Одной из систем, где возможен фазовый переход такого типа является система Ре-А1.

. После выплавки и изготовления образцы оплавов Ге-25,2 ат.% А1 и Ре-9,8 ат.% А1 отжигали в течение I ч в вакууме при температурах 900-1000°С, а затем закаливали в воду. Упорядоченное состояние получали путем отжигов закаленных образцов в области температур существования упорядоченного состояния (согласно равновесной диаграмме состояния Ре-А1). Измерения выполнены по двум схемам -при упорядочении (разупорядочении) в равновесных условиях (медленный нагрев либо охлаждение), а также при изотермической выдержке, либо при медленном нагреве закаленных (разупорядоченных) образцов по так называемой "схеме старения". Проводились фрактографические исследования изломов образцов сплава ?е-25,2ат.% А1. Образцы сплава представляли собой поликристаллы со средним размером зерна примерно 0,7 мм. Поверхность разрыва имеет геометрически правильную структуру, характерную для разрушения с преимущественным участием двойникования.

Исследование объемншс эффектов, связанных с процессами упорядочения в сплчве РвдА1, позволило Я.П.Селисскому сделать вывод о возможности фазового перехода 2-го рода в данном сплаве. Действительно, в соответствии с равновесной диаграммой Ре-А1 при повышении температуры до 540-Ь45°С наблюдается процесс разупорядочения сплава БедА1, имеющего структуру типа ЦО^ , который сопровождается характерным изменением температурной зависимости коэффициента термического расширения, - в области Т = 540°С наблюдается острый А-видный скачок КТР. Переход не сопровождается заметными объемными

изменениями. Представилось целесообразным провести подробные исследования процесса упорядочения (переход неупорядоченной (X -фазы в упорядоченную по типу J)Q3 (FegAI) &.f -фазу) и ВТ при нагреве и изотермических выдержках. При медленном нагреве разупоря-доченных образцов вблизи Tss250°C наблюдается значительный (примерно 0,2$), - объемный эффект, что соответствует данным, полученным рентгеновской методикой. Измерения температурной зависимости удельного электрического сопротивления р при нагреве до температуры 350°С с последующим охлаждением показали, что р уменьшилось в 1,5 раза, что в точности соответствует отношению р для разупорядочеиного и.полностью упорядоченного состояния. Это позволяет считать, что наблюдаемый в области температур 200-250°С аномальный ход кривых линейного расширения и р (Т) обусловлен развитием процессов упорядочения. После отжига закаленных образцов при температуре 350°С в рентгеновском спектре появляются сверхструктурные линии (III) и (311), указывающие на появление упорядоченной фазы FagAI.

Отличия, наблюдаемые при упорядочении в равновесных условиях при медленном охлаждении ниже 540°С и при отжиге закаленных (неупорядоченных) образцов, по-видимому, можно объяснить чисто кинетическими причинами, а именно, слишком медленным протеканием диффузионных процессов при низких температурах отжига. Точка 540°С на равновесной диаграмме состояния отвечает началу упорядочения, а отсутствие характерных признаков фазового перехода 1-го рода, по-видимому, может быть объяснено неполным упорядочением. Этим, на наш взгляд, объясняется обилие различных вариантов "равновесной" диаграммы состояния сплавов Fe-Al.Значительный объемный эффект при упорядочении закаленного сплава связан о ускоренной кинетикой упорядочения в присутствии избыточных вакансий, образующихся при закалке.

Исследования зависимости декремента колебаний 5 от напряженности магнитного поля Н показали, что сплавы Бе-25,2ат./»А1 и Fe-9,8 ат.$ AI имеют небольшую магнитную составляющую ВТ. В разупорядоченном состоянии (закалка от Ю00°С) при температурах 50°С и 230°С наблюдаются структурно-чувствительные максимумы ВТ ( 86 Гц). После циклически повторяющихся нагревов до тем-

ператур 350-450°С ЬО-градусный пик увеличивается по высоте и смещается е сторону более высоких температур, а 230-градусный -уменьшается по высоте, но сохраняет свое температурное положение.

Измерения на разных частотах и сравнение с известными экспериментальными данными позволяет сделать заключение о релаксационной природе широкого максимума при Т ~230°С. Расчет его энергии активации дает значения 96+100 кДж/моль, что соответствует энергии ак- -тивации известного пика Снука в Ре-А1 сплаве, содержащем примерно 25 ат.% А1. Смещение пика Снука при использованных частотах (ЮОГц). в область более высоких температур показывает на существование неизвестного ранее релаксационного эффекта Т«5О-1250С (температура его проявления зависит от предыстории образца). Этот пик не исче-• зает при наложении магнитного поля вплоть до Н «32-10^ Л/и, напротив, он даже несколько повышается, в то время как эффекты маг-нитоыеханической природы при наложении насыщающего поля, как правило, пропадают.

Наиболее необычным свойством обнаруженного пика ВТ является амплитудная зависимость его высоты. В тех случаях, когда пик наблюдается при повышенных температурах,отчетливо видна его асимметрия. Эксперименты, проведенные при различных' частотах, не позволили обнаружить частотную зависимость температурного положения пика. Таким образом АЗВТ на пике, его асимметрия, отсутствие частотной зависимости температурного положения пика свидетельствуют о том, что наблюдаемый релаксационный эффект нельзя описать в рамках обычной релаксации, обусловленной динамическим гистерезисом и характеризующейся одним <£ (или спектром не связанных релаксаций). По литературным данным, после закалки как из жидкой фазы, так и от температур, отвечающих области существования с* -твердого раствора, полностью разупорядоченное состояние в сплавах Ре-А1, содержащих 20-30 ат./Ь А1, получить не удается даже в случае высокой скорости охлаждения. Таким образом, появление АЗРЭ отвечает двухфазному, частично упорядоченному состоянию, которое возникает после заПалки. Непродолжительный отжиг при температуре 250°С приводит к образованию в сплаве упорядоченной по типу Д03 фазы. В этом структурном состоянии обсуждаемый пик ВТ не наблюдается. В то же время он сохраняется после нагрева до температур в интервале 350°С < Т < 540°С, в котором происходит частичное разупо-рядочение.

Анализ известных вариантов диаграмм фазового равновесия в сис- • теме Ре-А1 показывает, что критическая температура существования упорядоченной фазы РеаА1 составляет 550°С и соответствует содержанию алюминия 26,8 ат.%, т.е. не строго стехиометричеокому составу. Реально в температурном интервале 540-550°С превращение

идет по схеме сх^ сх-> а ( сх2-фаза РеА1). Поэтому можно предположит^, что появление на начальных этапах упорядочения изолированных мелкодисперсных выделений когерентной СХ^фазы в (Л -матрице приводит к скачку параметра порядка, в то время как упругая деформация матрицы за счет изменения (сжатия при упорядочении) объема частиц ' сх^-фазы не вызывает заметного объемного эффекта во всей СХ2 системе. Это обстоятельство дает основание рассматривать указанное превращение при 540-550°С как фазовый переход 2-го рода.

При нагреве закаленных образцов трудно предположить, каким образом идет упорядочение: по обычному типу (в соответствии с равновесной диаграммой состояния) или минуя С*г состояние. Измерения температурной зависимости намагниченности закаленных образцов не обнаруживают каких-либо особенностей в области температур существования АЗРЭ, в то время как раопад метастабильной парамагнитной

с*2 фазы сказался бы на намагниченности.

АЗРЭ наблюдается и в сплаве Ре-9,8 ат.# АХ, где может существовать только ближний порядок. При изменении степени ближнего порядка изменяется энергетический спектр валентных электронов, в результате чего происходит изменение величины, и, частично, характера взаимодействия между атомами сплава. Это вызывает объемные изменения. Следовательно, изменение ближнего порядка должно сопровождаться локальной упругой деформацией сплава. С другой стороны, можно полагать, что упругой деформации частично упорядоченного состояния при измерениях ВТ будут соответствовать изменения ближнего порядка, релаксация по параметру порядка (появление пика ВТ). Таким образом, если в случае магнитного фазового перехода в карбидных частицах за АЗРЭ ответственны процессы релакоации магнитного порядка, то в рассматриваемом случае имеет место релаксация по параметру структурного порядка. Усматривается некоторая аналогия структурного состояния сплавов Ре-С и Ре-А1, обуславливающая реально наблюдаемое подобие условий появления пика ВТ вблизи Тс карбидов и АЗРЭ в Ре-А1 сплавах. Как в том, так.и в другом, случае оуществует двухфазное состояние. Причем одна из фаз такого двухфазного состояния является промежуточной, метастабильной. После закалки и отжига в сплаве БвдА1 формируются упорядоченные • частицы путем зародышеобразования, которое протекает негомогенно, и роста. Неупорядоченная же фаза в низкотемпературной области является метастабильной. Как в случае дисперсной карбидной фазы в

феррите Ре-С сплавов, так и в случае упорядоченных частиц РвдА1 (либо частиц неупорядоченной фазы в упорядоченной матрице) в сплаве Ре-А1 релаксация по параметру порядка идет в части объема материала. Уменьшение высоты обнаруженного в сплаве РедА1 пика ВТ, также может быть объяснено тем, что неупругое поведение частиц по мере повышения скорости деформации постепенно исчезает и они все в большей мере проявляют упругие свойства.

В заключении приведены основные результаты и выводы работы.

1. Низкочастотное внутреннее трение вблизи точки Кюри дисперсных карбидных фаз в сплавах Ре-С при небольших скоростях нагрева Т, меньше некоторой граничной, определяющей способность материала к релаксации термических напряжений, характеризуется появлением зависящего от амплитуды деформации пика, имеющего не дебаевскую,

а А-форму: резкий спад в сторону более высоких температур и более пологий в сторону низких. Высота обнаруженного пика ВТ 8„ слабо зависит от скорости нагрева Т, в то время как его полуширина и асимметрия зависят от Т, чтб объясняется суперпозицией термических и магнитострикционных напряжений.

2. Немонотонная' зависимость высоты пика ВТ от средней скор-ти деформации свидетельствует о том, что его происхождение обусловлено вязким затуханием вблизи точки перехода карбидов Ре^С и (Ре, Мп )дС из ферромагнитного в парамагнитное состояние (фазовый переход 2-го рода).

3. Проведены параллельные исследования свойств экстрагированных из сталей карбидов железа вблизи их точки Кюри и свойств сталей при подходе к точке Кюри карбидных выделений. Особенности магнитных и релаксационных свойств карбидов в стали обусловлены условиями их стесненной деформации.

4. Коэффициенты термического расширения с* карбидов Ре3С и (Ре, Ма )зС при температурах выше точки Кюри превышают значения

с* в области температур ниже Тс. Наблюдаемые отличия объясняются магнитострикционным вкладом в термическое расширение.

5. Процесс упорядочения сплава Ре-25,2 ат.$ А1 при нагреве закаленных от температур, отвечающих области существования неупорядоченного твердого раствора, образцов, в отличие от упорядочения в равновесных условиях, сопровождается значительным объемным эффектом (сжатием примерно на 0,2$), резким падением электрического сопротивления, снижением уширенного пика Снуека, появлением АЗРЭ. Это свидетёльствует о том, что процесс упорядочения по ти-

пу DQ3 не является нормальным фазовым переходом 2-го рода.

6. Асимметрия, отсутствие частотной зависимости АЗРЭ, его отсутствие в полностью упорядоченном состоянии свидетельствует о связи этого эффекта с процессами фазовых превращений (упорядочения) . Условием появления АЗРЭ является наличие двухфазного состояния сплава (частично упорядоченного неравновесного состояния).

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Рохманов Н.Я., Сиренко А.Ф., Кадер С.М. Скоростная зависимость деформационного поведения железоуглеродистых сплавов вблизи точки Кюри карбидов // Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах: Тез.докл. 1-го междунар. семинара, 8-12 сент.1992 г. -Барнаул: ЕЛИ. - 1992. - С.146-147.

2. Рохманов Н.Я., Сиренко А.Ф., Абдель-Кадер С.М. Энергия упругих колебаний ферромагнетика-и магнитомеханическое затухание // Материалы конф. "физические явления в твердых телах", Харьков: ХГУ, 2-4 февраля 1993 г. - С.38.

3. Абдель-Кадер С.М., Бахарев С.А., Рохманов Н.Я., Сиренко А.Ф. Релаксационные эффекты при раздвоении точки Кюри цементита в сплавах железо-углерод // Релаксационные явления в твердых-телах: Тез. докл. школы-семинара, 23-26 февр.1993 г. - Воронеж: ВПИ. - 1993. -C.II.

4. Рохманов Н.Я., Сиренко А.Ф., Абдель-Кадер С.М. Влияние поверхностей раздела на релаксационные эффекты в сплавах на основе железа и никеля // Там же. - С.63.

- 5. Абдель-Кадер С.М., Рохманов Н.Я., Сиренко А.О., Бахарев С.А., Спнрина C.B. Объемная магнитострикция и ее влияние на положение . точки Кюри карбида (Ге, Ma )gC в сплаве 160Г2 / Харьк.гос.ун-т. -Харьков, 1993. - 20 с. Деп. в УкрГНТБ 28.06.93. - й 1244-Ук93.

6. Рохманов Н.Я., Сиренко А.Ф., Капуткин Д.Е., Бахарев С.А., Абдель-Кадер С.М. Смещение точки Кюри карбида железа в сплаБах железо-углерод и релаксационные эффекты //. Изв. РАН. Сер. физическая. - 1993, - Т.57, Ü II. - C.HO-W.