Анизотропия физических и механических свойств текстурованных поликристаллов с гексагональной структурой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Введение

1. Анизотропия физических и механических свойств поликристаллов с гексагональной структурой и ее связь с кристаллографической текстурой (литературный обзор).

1.1. Анизотропия физических свойств, описываемых тензорами второго ранга

1.2. Анизотропия физических свойств, описываемых тензорами четвертого ранга

1.3. Анизотропия предела текучести и механизм пластической деформации поликристаллов с ГПУ решеткой

1.3.1. Причины анизотропии предела текучести.

1.3.2. Модели пластической деформации и расчет анизотропии предела текучести.

1.4. Постановка задач исследования.

2. Образцы и методы исследования.

2.1. Образцы и их обработка.

2.2. Магнитные, электрические и тепловые исследования

2.3. Упругие и механические характеристики

2.3.1. Установка для определения упругих и механических характеристик поликристаллических материалов.

2.3.2. Измерение упругих свойств

2.3.3. Измерение предела текучести.

2.4. Автоматизированное построение функции плотности распределения ориентировок, базисных плоскостей кристаллитов по экспериментальным данным

2.4.1. Установка для автоматизированного получения данных о текстуре образцов

2.4.2. Алгоритм формирования ФРО.

2.4.3. Выбор способа экстраполяции

Выводы.

3. Анизотропия физических свойств, описываемых тензорами второго ранга, и ее связь с кристаллографической тек,-сиурой поликристаллов.

3.1. Расчет физических характеристик,, описываемых тензорами второго ранга.

3.2. Влияние кристаллографической текстуры на анизотропию магнитных свойств

3.2.1. Технический титан.

3.2.2. <^-сплавы титана.

3.2.3. Технический цирконий.

3.3. Анизотропия электрических свойств

3.4. Анизотропия тепловых свойств.

Выводы.

4. Анизотропия упругих свойств текстурованных поликристаллов

4.1. Методика расчета модуля нормальной упругости.

4.2. Влияние кристаллографической текстуры на анизотропию модуля Юнга.

4.2.1. Технический титан BTI-0 и сплав 0T4-I

4.2.2. Технический цирконий.

4.3. Учет межзеренного взаимодействия при расчете упругих свойств текстурованных материалов

Выводы.

5. Анизотропия предела текучести текстурованных поликристаллов

5.1. Методика расчета предела текучести текстурованного поликристалла

5.1.1. Модель упругой и уиругопластической деформации поликристалла.

5.1.2. Расчет критических растягивающих напряжений кристаллитов.

5.1.3. Связь напряжения во фракции упруго деформированных зерен с макроскопическим напряжением

5.1.4. Критерий наступления макроскопической пластической деформации и расчет предела текучести.

5.2. Расчет пределов текучести прутков титана

5.3. Анизотропия предела текучести в холоднокатаннх листах титана и циркония

Выводы.

Основные результаты, полученные в пятой главе сводятся к. сл едущему:

1. Разработан метод расчета'Предела текучести текстурован-ных поликристаллических материалов с произвольной кристаллографической текстурой. Важной особенностью метода является то, что он учитывает "динамику" развития пластической деформации в микроструктуре поликристалла. Для вычисления С)0 ^ поликристаллов с ГПУ решеткой составлена программа для ЭЦВМ.

2. Анализ результатов расчета и экспериментального определения > полученных для прутков технического титана ВТ1-00"С" с текстурой < 0001 > и <1010> свидетельствует о правильности принятой модели микропластической деформации и предложенного метода расчета предела текучести для материалов с ШУ решеткой.

3. Изучена анизотропия О0 2 в листах технического титана BTI-0 и циркония в зависимости от характера кристаллографической текстуры. Установлено, что текстура является важным фактором, оказывающим существенное влияние на анизотропию пределов текучести исследованных материалов.

4. Предложенный метод расчета может быть использован для изучения влияния кристаллографической текстуры на анизотропию предела текучести других металлов и сплавов.

130 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как, видно из предыдущего изложения, в диссертационной работе изучена связь между анизотропией физических и механических характеристик гексагональных монокристаллов с одной стороны и соответствующими свойствами поликристаллических образцов и характером их кристаллографической текстуры - с другой. Разработаны машинные методы расчета рассматриваемых характеристик. Эти исследования показали значительную роль текстуры в формировании анизотропии физико-механических свойств гексагональных псликристаллических материалов.

Из частных результатов, полученных в настоящей работе, следует особо отметить:

1. Разработку методики машинного расчета физических характеристик, описываемых тензорами второго и четвертого ранга, тек-стурованных поликристаллов с ГПУ решеткой на основе рентгеновских данных о кристаллографической текстуре и соответствующих характеристиках кристаллитов. Важной особенностью этой методики является то, что она не накладывает ограничении на тип и рассеяние преимущественных ориентировок и позволяет весь вычислительный процесс, от получения исходной информации о текстуре до выполнения расчетов свойств, автоматизировать.

2. Проведение систематического изучения анизотропии магнитной восприимчивости, удельного электросопротивления, коэффициентов линейного теплового расширения и модуля нормальной упругости в листах титана, циркония и некоторых <тС-сплавов титана, а также влияние на нее кристаллографической текстуры. Установлено, что текстура является важным фактором, определяющим анизотропию указанных физических свойств. Это позволяет с достаточно большой точностью оперативно прогнозировать физические свойства, описываемые тензорами.второго и четвертого ранга, и их анизотропию у текстурованных материалов с гексагональной структурой с помощью предложенной методики.

3. Разработку метода расчета условных пределов текучести текстурованных поликристаллических материалов с произвольной кристаллографической текстурой при одноосном нагружении, основанную на моделировании процесса пластической деформации в микроструктуре поликристалла. Исходными данными для расчетов являются сведения о распределении преимущественных ориентировок кристаллитов в материале и некоторые их механические характеристики. Указанный метод позволяет оценивать влияние кристаллографической текстуры на анизотропию предела текучести реальных промышленных материалов.

4. Изучение анизотропии C>Q2 в листах технических Tt и Zr в зависимости от степени деформации. С помощью разработанной методики оценено влияние преимущественных ориентировок на величину анизотропии. При этом установлено, что кристаллографическая текстура во многом определяет характер анизотропии СТ^д в указанных материалах.

5. Разработку алгоритмов и программ для ЭЦВМ, необходимых для реализации всех перечисленных методов расчета физических и механических характеристик поликристаллических объектов.

1. Най Дд. Физические свойства кристаллов.-М.: Мир,1967.-386 с.

2. Roberts W.T. Preferred orientation and anisotropy in titanium.-J.Less-Common Metals, 1962,v.4, p.345-361.

3. Berry R.L.P. , Raynor G.V. A note on the lattice spacings of Ti at elevated temperatures. Research (London), 1953, v.6, N4, p.21-23.

4. Spreadborough. J., Christian J.W. The measurement of the lattice expansions and uebye temperatures of titanium and silver by X-ray methods. Proc. Phys. Soc. , 1959, v.74, p.609-615.

5. Medoff J.I., Cadoff I. Lattice expansion of rhenium and titanium. J. Metals, 1959, v.II, N9, p.581.

6. Mc hargue C.J», Hammond J.P. Deformation mechanisms in titanium at elevated temperatures. Acta Metall., 1953, v.I, p.700-705.

7. Pawar R.R., Deshpande V.T. The anisotropy of the thermal expansions of cL-titanium.- Acta Crystallogr., 1968, v.A24, p.316-317.

8. О коэффициенте линейного расширения технического титана / А.И.Никонорова, С.Л.Симеонов, Л.В.Карабасова, Г.В.Дубовая, Н.П.Соболева. В кн.: Новые исследования титановых сплавов. М.,1965, с.329-333.

9. Влияние деформации и отжига на тепловое расширение листового титана / В.П.Клин, В.С.Чернов, Б.П.Нам, 10.Е.Гетманский.

10. В кн.: Электронная техника. Сер.6, "Материалы", М.,1975, вып.2, с.29-32.

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

12. Mc Geary R.K. , Lustman В. Preferred orientation in zirconiuq, Trans. Metallurg. Soc. AIME, 1951, v.191, p.994-1002.

13. Дцамеску P.А., Митюшов E.A. Анизотропия магнитных и электрических свойств с^-сплавов титана. ФШ, 1977, т.43,с.759-765.

14. Reekie J.,. Yao Y.L. Magnetic anisotropy and cold worked texture of titanium.- Proc. Phys. 3oc.(L), 1956, v.69, p.417-431.

15. Талашкевич И.П. Упругие постоянные аксиальных текстур металлов. Изв.АН GCCP. Сер.физ., 1979, т.43, с.1377-1379.

16. Bunge H.-J. Determination of the orientation distribution function and its relationship with the physical properties of textured materials»- Bull, Cercle £tud. m^taux, 1981, v.14, N13, p.7/1-7/9.

17. Bunge H.-J. Matematische Metoden der Texturanalyse.-Berlin: Akademie Verlag, 1969. -330S.

18. Bunge H.-J. Texture analysis by orientation distribution functions (ODP-Analysis).-Z.Metallk.,1977,Bd.68,S.571-581.

19. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. -М.: Наука, 1977. 399 с.

20. Спектор Э.Н., Горелик С.С., Рахштадт А.Г. О характере анизотропии предела упругости и модуля Юнга прокатанных металлов и сплавов. Изв.вузов. Цвет.мет., 1971, JS 4, с.132-134.

21. Брюханов А.А., Совкова Т.О., Усов В.В. Анизотропия упругих свойств и кристаллографическая текстура сплава Ti-Ai-v. -ФММ, 1980, т.50, C.II08-IIII.

22. Особенности анизотропии упругих свойств и текстурообразова-ния в листах сплавов Ti-Al-v и Ti-Zr / А.А.Брюханов, И.Г.Захарченко, В.С.Кшнякин, Т.С.Совкова,В.В.Усов. В кн.: Физ.конденсир. состояния. Киев, 1980, с.9-17.

23. Захарченко И.Г., Брюханов А.Е. Изменение модуля Юнга листового титана при отжиге. МиТОМ, 1968, 2, с.67-68.

24. Захарченко И.Г. Упругая анизотропия и текстура рекристаллизации листового титана. ФММ, 1969, т.28, с.473-477.

25. Брюханов А.А., Мороз И.А. Влияние пластической деформации, возврата и рекристаллизации на анизотропию модуля Юнга и текстуру листового титана. ФММ, 1976, т.42, с.664-668.

26. Новиков Н.В., Войтенко А.Ф. Анизотропия упругих свойств титана и его сплавов при охлаждении от 20 до -196 °С. Пройи. прочности, 1971, $ 4, с.47-48.

27. Мельник, И.Г. Закономерности упругой анизотропии и развитие текстуры листового титана. ФММ, 1972, т.34, с.1307-1310.

28. Захарченко И.Г., Брюханов А.Е. Анизотропия модуля Юнга в холоднокатаном титане. Изв.вузов. Физика, 1968, J6 7, с.24-29.

29. Брюханов А.Е. Законы развития текстуры меди при пластической деформации вальцовкой. КТФ, 1937, т.7, с.2065-2083.

30. Брюханов А.А., йваний B.C., Васылив В.И. Упругая анизотропия и текстура прокатанного циркония. Изв.вузов, Цвет, мет., 1975, В I, с.ПО-115.

31. Брюханов А.А., Иваний B.C., Брюханов А.Е. Изучение анизотропии и текстуры холоднокатаного циркония. Изв.АН СССР. Металлы/ 1976, В 4, с.146-150.

32. Вавра Г. О модуле упругости ^-циркония. Изв. АН СССР. Металлы, 1978, & 6, с.219-220.

33. Талашкевич И.П., Александров К.С. Влияние преимущественной ориентации зерен на упругие свойства поликристаллов. ФММ, 1962, т.14, с.801-805.

34. Вайнштейн А.А., Гальперина Б.А. Вычисление модулей упругости и коэффициентов линейного расширения аксиальных текстур с ГПУ решеткой. ФММ, 1982, т.53, с.194-196.

35. Анизотропия упругих свойств текстурованных металлов и спла• вов с гексагональной структурой / И.Г.Захарченко,В.С.Иваний, Н.В.Иваний, В.С.Кшнякин. ФММ, 1982, т.53, с. 185-190.

36. Даринский Б.М., Фокин А.Г., Шермергор Т.Д. О вычислении упругих модулей поликристаллов. ПМТФ, 1967, J& 5,с. 123-128.

37. Бецофен С.Я. Исследование анизотропии механических свойств и текстурного упрочнения промышленных сплавов титана. -Автореферат дис.на соиск.уч.степ. канд. техн. наук,. М., 1977 (МАТЙ).

38. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. - 408 с.

39. Бабарэко А.А. Текстуры металлов и сплавов (обзор). В кн.: Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. М., 1980, т.13, с.79-148.

40. Казакевич Г.С. О природе анизотропии механических свойств горячекатаных листов из титановых сплавов. В кн.: Машиныи технология обработки металлов давлением. Труды ЛИИ, $ 263. М. Л., 1966, с.55-61.

41. Smith Е., Worthington P.J. The effect of orientation onthe grain size dependence of the yield strength of metals. -Philos. Mag., 1964, v.9, p.2II-2l6.1.о л>1. OO

42. Kocks U.P. The relation between polycryatal deformation and single-crystal deformation.-Met.Trans., 1970, v.I, p.II2I-II43*

43. Мороз Л.С., Разуваева И.Н., Ушков С.С. Особенности влияния алюминия на механические свойства титана. В кн.: Новый конструкционный материал - титан. М., 1972, с.109-114.

44. Анизотропия механических свойств листов из сплавов титаналюминий-марганец / Л.В.Проходцева, Б.А.Дроздовский,

45. В.Н.Моисеев, Л.В.Шолохова. Пробя.прочности, 1974, $ 5, с.80-84.

46. Мак, Лин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965. - 431 с.

47. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: Металлургия, 1979.-511с.

48. Миллер Г. Цирконий. М.: ЙЛ, 1955, - 392 с.

49. Дуглас .Д. Металловедение циркония. М.: Атомиздат, 1975. -360 с.

50. Овечкин Б.И., Вайнблат Ю.М., Коробов О.С. Влияние текстуры на механические свойства листов сплава МА8. Изв.АН СССР. Металлы, 1968, J& 4, с.126-131.

51. Текстура и анизотропия механических свойств некоторыхd-сплавов титана / В.В.Мухаев, Р.А.Дцамеску.Т.Г.Костюко-вич и др. В кн.: Структура и свойства текстурованных металлов и сплавов. М., 1969, с.177-184.

52. Schroder G. Aaisotropie der Fliesskurven stranggepresster Strabe aus Magnesium, Titan und Zink: -Jnd.-Anz., 1974, Bd.96, S.I723-I724.

53. Анизотропия механических свойств и кристаллографическая текстура листов сплавов Ti ai - Мп и Ti - Ai - Mo / Б.А.Дроздовский, Л.П.Евсюкова, А.И.Кривко и др. - Изв.

54. АН СССР. Металлы, 1976, В I, с.185-190.

55. Burggraf J., Wincierz P. isechanische Anisotropie aushartbarer Zink-Kupfer-Titan-Legierungen.-Z.Metallic. , I98I,Bd.72,1. S.287-294.

56. Кулешов П.И. О влиянии кристаллической структуры на предел текучести поликристалла. ЖТФ, 1952, т.22, с.1174-1183.

57. Chin G.i. The role of preferred orientation in plastic deformation In: Inhomogen. Piast. Deform.Pap. Semin. Ашег, Soc. Met., 1971. Metals park, Ohio, 1973, p.83-112.

58. Svensson N.L. Kstimation of yield strength anisotropy due to preferred orientation.- Trans. Met. Soc. AIME, 1966, v.236, p.1004-1009.

59. O.D.F. of A Titanium. In: Textures Mater. Proc. 5th Int. Conf., Aachen, 1978. Berlin, 1978, v.2, p.505-511.

60. Теория образования текстур в металлах и сплавах /Я.Д.Вишняков, А.А.Бабарэко, С.А.Владимиров, Н.В.Эгиз. М.: Наука, 1979. - 343 с.

61. Dillamore I.L., Hadden P., Stratford D.J. Texture control and the yield anisotropy of plane 3train magnesium extrusions.- Texture, 1972, v.I, p.17-29.

62. Овечкин Б.И., Духман С.В. Влияние текстуры на анизотропию предела текучести в полуфабрикатах магниевых сплавов. -Пробл. прочности, 1974, $ 6, с.81-83.

63. Вульф Б.К., Борщевский С.М. Титан в электронной технике. -М.: Энергия, 1975, 184 с.

64. Вульф Б.К. Титан и его сплавы в электронной технике. В кн.: Титан для народного хозяйства, М., 1976, с.74-83.

65. Алсагаров А.А., Адамеску Р.А., Гельд П.В. Формщювание текстур прокатки и рекристаллизации в титане и цирконии.-Изв. АН СССР. Металлы. 1977, Л 2, с.139-143.

66. Скрябин Д.А. Формирование текстуры рекристаллизации в cL -сплавах титана. Дис. на соискание ученой степени канд.техн. наук,. - Свердловск, 1975, - 147 с.

67. Дубровская Л.Б., Матвеенко И.И., Климов Р.А. Установка для измерений магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ. В кн.: Физические свойства сплавов. Труды УПИ им.С.М.Кирова, № 144. Свердловск, 1965, с.62-66.

68. Реймер Н.Д., Адамеску Р.А., Гельд П.В. Установка для определе--ния механических характеристик, поликристаллических материалов.-В кн.: Пластическая деформация и актуальные проблемы прочности сплавов и порошковых материалов. Томск, 1982, с.173-174.

69. Опыт эксплуатации автоматического рентгеновского дифрактомет-ра для исследования текстур ДАРТ-2,0 / М.М.Бородкина, А.А.Евграфов, Ю.С.Григорьев, Т.С.Орехова. В кн.: Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Л.,1977, вып.18, с.123-131.

70. Реймер Н.Д., Адамеску Р.А. Получение и автоматизированная обработка данных о текстуре материала. Заводская лаборатория, 1979, Г; 4, с.338-340.

71. Реймер Н.Д., Адамеску Р.А. Расчет физических свойств текстурованных поликристаллов с гексагональной структурой на ЭЦВМ.-В кн.: Реальная структура и свойства твердых тел. Свердловск, 1983, с.72-77.

72. Хейкер Д.М., Зевин Л.С. Рентгеновская дифрактометрия. М.: Физматгиз, 1963. - 380 с.

73. Текстура и анизотропия физических свойств циркония / Р.А.Адамеску, К.Вальтер, П.В.Гельд, Н.Д.Реймер,К.Фельдманн, К.Хенниг. ФММ, 1983, т.56, с.770-774.

74. Texturunter3uchungen von Metallen mittela Neutronen-beugung /Xleinstllck K. , Tobiach J., Betzl 11. u.a.-Krist. and Techn., 1976, Bd.II, 3.409-429»

75. Анизотропия магнитных и электрических свойств титана / Р.А.Адамеску, П.В.Гельд, Е.А.Митюшов, В.В.Мухаев,Н.Д.Реймер.-Изв.вузов СССР. Физика, 1982, В I, с.95-97.

76. Мухаев В.В., Адамеску Р.А., Гельд П.В. Текстура холодной прокатки легированного титана. Изв.АН СССР, Металлы, 1968,6, с.98-104.

77. Коллингз Э.В. Магнитная анизотропия в монокристаллах и текстурованных поликристаллах сплавов системы Ti-Ai В кн.: Титан. Труды Ш международной конференции по титану. М.,1978, т.2, с.449-455.

78. Волкенштейн Н.В., Галошина Э.В. Деголихина Н.И. Анизотропия парамагнитной восприимчивости циркония. ФШ, 1968, т.25, с.180-183.

79. Алферова Н.С., Шевченко В. И. О разупрочнении холоднодеформи-ровашшх об-сплавов титана при отжиге. Цвет.мет. ,1968,1. JS 4, с.89-91.

80. Горелик, С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. - 568 с.

81. Wasilewski R.J. Observations on electrical resistivity of titanium.- Trans. Met. Soc. AIME, 1962, v.224, p.5-7.

82. Couterne J.C., Cizeron G. Comportement dilatometrique de monocristaux de zirconium ot et application 6. la mesure des coefficients moyens d'expansion thermique suivant les axes principaux.-J. Nucl. Mater., 1969, v.32, p.310-321.

83. Анизотропия упругих свойств в (/-сплавах на основе титана / Р.А.Адамеску, Л.П.Андреева, П.В.Гельд, Е.А.Митюшов,Н.Д.Реймер.-Пробд.прочности, 1982, J& 9, с. 105-108.

84. Анизотропия упругих свойств в ^-сплавах титана' /Р.А.Адамеску, П.В.Гельд, Е.А.Митюшов, Н.Д.Реймер. В кн.: Тесизы докладов Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах. Красноярск, 1980, с.341.

85. Fisher E.S., Renicen G.J. Single-crystal elastic moduli and the hcp->bcc transformation in Ti,2r and Hf.- Phys. Rev. 1964, v.135, N2A, p.482-494.

86. Богачев И.Н., Вайнштейн A.A., Волков С.Д. Введение в статистическое металловедение. М.: Металлургия, 1972. - 216 с.

87. Адамеску Р.А., Митюшов Е.А., Реймер Н.Д. Учет межзеренного взаимодействия при расчете упругих свойств текстурованных материалов. Изв.вузов СССР. Физика, 1982, № 3, с.61-65.

88. Волков С.Д. О потенциале анизотропии в теории упругости. -ДАН СССР, 1971, т.197, с.547-549.

89. Эшелби Дне. Континуальная теория дислокаций. М.: ШГ, 1963. - 247 с.

90. Реймер Н.Д., Адамеску Р.А., Гельд П.В. Оценка предела текучести текстурованных поликристаллов. Изв.АН СССР. Металлы, 1982, & 2, с.134-139.

91. Реймер Н.Д., Адамеску Р.А., Гельд П.В. Некоторые пути расчета анизотропии предела текучести текстурованных поликристаллов. • В кн.: Пластическая деформация и актуальные проблемы прочности сплавов и порошковых материалов. Томск, 1982, с.172.

92. Leffers Т.A. A modified Sachs approach to the plastic de- ' formation of polycrystals as a realistic alternative to the Taylor model.- In: Strength Metals and Alloys. Proc. 5th Int. Conf., Aachen. Toronto, 1979, v.2, p.769-774.

93. Путачев B.C. Введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1968. - 368 с.

94. Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и формирование предела текучести моно- и поликристаллов. Изв.вузов СССР. Физика, 1976, $ 8, с.118-132.

95. Churchman А.Т. The slip modes of Ti and the effect of purity on their occurence during tensile deformation of single crystals.- Proc. Roy. Soc. I954,v.A226, p.216-226

96. Akhtar А., Teghsoonian A. Plastic deformation of zirconium single crystals.- Acta met., 1971, v.19, p.655-663.

97. Akhtar A. Basal slip in zirconium.- Acta met., 1973, v.21, p.I-II.