Локализация скольжения, эволюция субструктуры и деформационное упрочнение дисперсионно-твердеющего сплава Al-6%Zn-3%Mg тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ТОМСКИЙ ОРДЕНОВ ОКТЯБРЬСКОЙ ЕЕВОИЩК И ТР7Д0В0Г0 КРАСНОГО ЗЕДШИ Г0С7ДАРС1ЕЕ1ШНЯ УНИВЕРСИТЕТ ел.В.В.КУЙБЫШЕВА

. то:ш.'Л госудагстбпшая Агапксш,ао-стро:гЕвльнАя штт

РГ6 О

2 1 МЛР 'ПМ На щпгаз: рукописи

УЛК 539.4.015:669.715 '

' ГПТОРБЕБД ЕЗА АЛЕШЭДРОШ

¿Г&ШЗДВЯ СШКШШ,. ЭВОЛЗДЭД СУБСТРУКТУРЫ И ДП'^Н-УТГОНЙОЗ УПРОЧНЕН!® ВСПВг'СЛЮНЕО-ТВНРДЕКЕгГО СЛИЛА П^

01,04.07 тгордого тола

Аз?от>афора?

ядсзортлсяя ка еояскаипв ученой стапзнм налкжгяга ¡^зкм-хлтетатичзекпх наук

Томск - .1994

Работа выполнена в Томском ордэнов Октябрьской Реаогпдан с Трудового Красного зна&юнн государственном университете казна В.В.Куйбшева и Томской государственной архитектурно-строител кой академии

Научные руководители: доктор физисо-гкугеиатаческга: наук,

профессор Э.В.Козлов; доктор флзш:о-ьатеаатичсс1апс наук, доцент Т.Д.Ковалевская

Официальные оппоненты: доктор флзико-ттекатлчэскшс наук,

профессор Л.Б.Зувз; кандидат фазико-^атеглатическяз: наук, Г.П.Бакач

Ведущая организация: Институт физики металлов Уральского 'научного центра РАН, г, Екатеринбург

Защита состоится пи<А-/>1 А 1994 ц час

на заседании специализированного совета К 063.63.05 по присуждении ученой степени кандидата физико-математических наук в Томской орденов Октябрьской Революции к Трудового Красного Знамени государственно." университете им. В.В. Куйбышева 634010, г. ТомскД0: пр. Ленина, 36 .

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского университета.

Автореферат разослан " ^ " ф^АЛуЛ 1994 г.

Учений секретарь специализированного совета кандидат физико-математических ¡}

наук ¡Да^ хаи ¿и И.А.Анохина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА'РАБОТЫ

*

Актуальное??. т<у-?. Совремеиянз дксперсЕОнно-твердеюадае сплавы, как правило, лрздставляида собой многокомпонентные материалы, приобретают г£зкскг.:аяышз прочностаыэ характеристики нередко тогда, когда содэраат и когерзнтвкэ, а некогерэяткыэ выделения (либо образования типа зон йшьо-Престола л выделения ) . Характерны для ;тают катергадов п офйзктн субетруктурного упрочнения, обусловлен-пнэ чацз всего наличием субграндц а высокой плотностью дислокаций, [¿(¡следования пластического поведения дгсяерсионно-твердевдте сплавов яоказрла, что кч адаотачность прз растяхеяпи, как правило, гораздо 1223 по сравнении с другая способна лепыганш! (сяатлем, ■'крученьем» кзгкбсу}., Очевидно, что выявление причин подобных осо-.бопностеЗ козоз?.кш:о боз пзучзнзя природа упрочквнзя- материалов такого класса, что з своп очзрздь требует яадезкнх эхепэрпмептальных дакшве о закономерностях эзояэщгп. дефектной структуры з достаточно ппрояои дгапагозз деформздгй. К ггстоясйиу времени подобного набора дшпк зп для одного промызленного днсперспонно-твердеюзего сплава не судастзуат, хотя юс изучения поезя^оно.значзтолыюэ число работ. Во многом подобное полог-сние дел объясняется тем, что и' природа упрэчнязгглх фаз, а пластическое поведение таких сплавов находятся ' а сальной-завясгкостя от химического состава сплава, его предисто-риз, режимов термической обработка,

Сплавы на оскоез.алюминия, обладающие низкой плотностью, высоким пределом текучести, хорошей коррозионной стойкостью, высокой ударней вязкость» л кмеюдие в связи с этил широкое промызлен-ноэ применение, являются достаточно типичными представителями современных дисперсионно-твердегапкх материалов. Что г.е касается фзк-тбрез, определяющих пластическое поведение алюминиевых сплавов „(имеется в виду как стадийность кривых упрочнения, таг: и закономер-.поста эволюции суоструктуры п картины сколькепия, а тадяв механизм локализация деформации) , то они выявлены зГнезначительной степени -"и, "как правплоТ для'^екоторкс частных случаев.

— Таким образом, изучение различных аспектов пластического поведения дпсперсконно-твердевяих сплавов на основе алхшшия является веьма актуальной задачей. Тем более, что такие сплавы можно использовать в качестве достаточно удачных модельных объектов для решения ряда задач физика прочности я пластичности материалов, для которых характерно сочетание субструктурного упрочнения а упрочнения, обус-

позленное одновременным присутствием выделений различной природа.

П~лъ работа. На основа сопоставления прочностных характерпс-г:::-:, полученных при разных условиях нагругения, и результатов качественного п количественного исследования эволюции дефектной структуры сплава выявить механизмы пластической деформации и деформационного упрочнения сплава Не. , находящегося в различных состояниях; ваяенпть физическую прароду стадшшостп ::рпвзй упрочнения; установить факторы, определяющее .закономерности локализации деформации.

Научная новизна. Впервые в широком диапазоне деформаций, с вариацией условий нагрунення про'-едено комплексное изучение пластического поведения материала, в котором имеет место и дисперсионное, и. субструктурное упрочнение. Детально исследованы механические ешкетва и харак^сристикн де?юкя;шоеной суоструктурн а деформационного рельефа. Выявлена связь шзду стадийностью кривых упрочнения, структурным состоянием сплава, опрэгэляешм решами термической обработки, и закономерностями формирования субструктур;-; и рельефа. -Впервые для дисперсионно-твердеющего сплава получен столь широкий набор различных количественных параметров дисдокацд-енкой субструктуры и следов скольжения, разработана схема эволюции деформационного рельефа в зависимости от структурного состояния сплава. Впервые установлено, что в дпсперспонно-твердеадем сплаве, находящемся в состоянии, для которого характерно присутствие п образований типа зон Гинье-Престона, и некогерентных выделений, локализация деформации обусловлена объединением относительно "маломощных" зон сдвига. .В противоположность этому в закаленном сплаве (состояние пересыщенного твердого раствора) локализация развивается вследствие неоднократной активизации ранее работавших зон сдвига. На основании анализа всей совокупности полученных результатов развиты представления о том, что образование зон сдвига инициирует субструктурно-аазовке превращения, в результате которых в состаренном сплаве форглируются раз упрочненные области, а в закаленном сплаве - упрочненные.

Практическая ценность. Выполненные исследования способствуют развитию представлений о природе высоких прочностных свойств и механизмах деформации сплавов, в которых имеет место как субструктурное упрочнение, так к упрочнение, обкеловленное наличием выделений различной природы. Установленная в работе связь :.:здду залено-меоностями пластического поведения проваленного сплава /,£-€%2ц-3 7с /'/<•" и его структурным состоянием помет быть пссэл&зо-

вана ' и для разработки новых материалов, и для целвноправленно-го воздействия на механические свойства сплавов, подобных исследуемому, путем изменения характеристик их исходной структуры. Наконец, вся совокупность подученных результатов может служить основой для постановки вычислительного эксперимента и разработки математических моделей деформации.сплавов, содержащих частицы различной природы.

На заяиту выносятся следугащие положения и рэзультатн:

- совокупность экспериментальных данных о механических

свойствах сплава Jf.-6%Zn-3% fly , находящегося в различных' структурных состояниях, в которой имеет место и дисперсионное, и . субструктуряое упрочнение;

- кцогостадийность кривых упрочнения сплава ¿закаленного и подвергнутого старанию^;

- связь стадий упрочнения с'закономерностями эволюции дислокационной субструктуры и картины скольжения: для стадий с высоким, коэффициентом деформационного упрочнения характерно тонкое скольжение и преобладание в объеме сплава сетчатой субструктуры, переход к стадия?,? с низким Ô. сопровождается огрублением скольябния и формированием субструк-гур, обладающих много--мерными разориентнрозками;

- особенности локализации деформации сплава

_ в состоянии максимальной прочности зоны с большой мощностью сдвига формируются в результате объединения относительно "маломощных" зон, в противоположность этому, в закаленном сплаве локализация деформации обусловлена многократной повторной активизацией "старых* зон сдвига,

Аггоойацгя работа. Основные.результаты диссертационной работы бнли доложены и обсувдены на Всесоюзных конференциях, посвященных проблемам старения (Свердловск - 1986, 1989,1990 г., Екатерин-■■ бург - 1992 г.} Всесоюзной ижолв-по физике прочности л пластичности (Салтов - 1984 г.) семинарах и конференциях по деформационному упрочнению сталей и сплавов (Барнаул - 1979, 1981г.), Всесоюзных конференциях по физике прочности а пластичности (Куйбнпев -1983, 1966, 1989 г.) , Объединенной сессии постоянных семинаров "Актуальные проолеш прочности" и "Пластическая деформация сплавов к пороиковых Жтёриалов'г(Йневск 1981"Томск - 1982" Барнаул - 1985 г..Томск - 1986гг., Барнаул - 1988 г.}, конференциях по тепловой микроскопии "Структура и свойства металлических материалов в широком диапазоне температур" Новокузнецк -

1982 г., Москва -1986 г., Каунас - 1989 г.) Всесоюзных совещаниях по взаимодействию дефектов кристаллической решетки к свойстзам металлов к сплавов (Пула - 1984, 1983 г.) , Всесоюзных семинарах "Структура дислокаций и мезакическзе свойства металлов и сплавов" (Свердловск - 1987, 1990, 1993 г.), Всесоюзной школе-семинаре "Структура и химическая микронеодродность в материалах ¿'Киев -1990 т.) .конференциях по субструктурноыу упрочнению ¿'Киев - 1S86, 1920 г.) .

Чу^ликашгл. По материалам диссертации опубликовано 29 работ, список основных из них приведен в конце автореферата.

Структура и объем работа.Диссертация состоит из введения, пят/, разделов и общих выводов. Работа содержит 173 страницы шаино ппского текста, 85 рисунков и 2 таблиц. Список цитируемой литерату ры включает 190 наименований. .

ОСНОВНОЕ СОДЗЙШЙЕ РАБО'Ш

Во введении*: показана актуальность проблемы, обоснован выбор материала, сформулирована цель исследований, дан обзор наиболее ваглнх результатов диссертационной работы и представлены положения выносимые на защиту.

В пообом разделе "Закономерности пластического течения гете-ррггазяых материалов" представлен обзор литературных данных о меха -ннческих свойствах и закономерностях эволюции дефектной структуры материалов, содержащих дисперсные частицы различной природы. Отмечено, что слабо -изучена стадийность кривых упрочнения гетерофазных поликристаллических материалов. Недостаточно исследованы и закона-, верности эволюции дислокационной субструктуры и деформационного рельефа таких материалов, поскольку основная часть данных получена либо для ранних стадий деформации, либо для таких, которые предшес иеству-от разрушению. Кроме того", как правило, изучается либо дисло кацконная субструктура, либо только деформационный рельеф, причем без определения каких-либо количественных характеристик. Наиболее слабо исследованы реальные гетерофазные материалы, обладающие елок кой исходной структурой и нередко содержащие и когерентные, и неко герентнш частицы.

Рассмотрена в первом разделе а проблема локализации деформации, являщаяся весьма актуальной для современных стареющих ^плавов. Отмечено, что увеличение объемной доли упрочняющих выделений

призодит с одной стороны к повышению предела текучести и коэффициента деформационного упрочнения, а с другой стороны способствует развитии неоднородного пластического течения на все более рая-шк стадии деформации. К настоящему времени закономерности-локализации деформации, особенно еа структурные аспекты исследоваш явно недостаточно.

Значительная часть первого раздела посвящена анализу данных по изучения закономерностей процессов распада, природы и последовательности выделяющихся фаз в сплавах спстег.:ы Му- . Откачено, что в сшгагах данной системы, как и в других алюминиевых сплавах, пронесен распада отличаются слоянка многоступенчатым характером, что обусловлено формированием метастабилышх прокепу-точных фаз. 3 промкзденных сплавах скст, в состав которых входят следовые добавки я которые содержат многочисленные структурные дефекты, значительную роль играют процессы гетерогенного зарождения. а роста выделеней.

В конце первого раздела ставятся задачи настоящего исследования: ,

1. Изучать дефектную структуру недефо'рмзрованного сплаза, находящегося как в состоянии пересыщенного твердого раствора, так и .в состаренном состоянии (после одноступенчатого и двухступенчатого старения). -

- 2. Исследовать влияние реетиа старения на характеристики упрочняющих выделений (состав, плотность, размеры, величину объе :-ней доли я т.д.), уделяв особое внимание состоянию цаясимальной прочности,

3. Изучить прочностлие свойства и характер стадийности криви упрочнения в зависимости от состояния сплава и условий испы-.танЕЙ.

4. Провести систематические исследования закономерностей 'эволюции дислокационной субструктурн сплава, находящегося в состоянии максимальной прочности и в закаленном состоянии. Определить значения различных количественных характеристик дислокационной субструктура и сопоставить их поведение со стадиями упрочнения. .

5. Всесторонне изучить закономерности эволюции деформационного рельефа сшгава, находящегося в различных состояниях. Получить оценки количественных параметров следов сколькения, наблюдаемых в оаатах с непрерывными и с дополнительными деформациями.

6. Выявить закономерности развития локализации деформации в зависимости от условий нагру&ешш и от структурного состояния сплава, определяемого режимом термической обработки.

Бо._етором разделе "материал к методика эксперимента" дана характеристика исследуемого сплава, содержащего кроме 6 Бес.& -2л г 3 весД На,, ряд следовых добавок. Описаны режимы термической обработки: закалки, одноступенчатого и двухступенчатого старения. Пр:: проведении закалки образцы вначале выдергивались не менее 30 минут при 743 К, а затем охлаждались в воде, имеющей комнатную температуру. В ходе одноступенчатого старения "свекезакаленные" образны Быдернивались при 373 К в течение 1, 5, 10, 12, 24, 48, 120 часов; при двухступенчатом режиме обработки вначале проводилось старение" при 373 К в течение 24 часов, затем образцы выдерживались при 143 К от 1 по 5 часов.

Хля решения задач, поставленных, в работе, проводились механические испытания на с;гатие и растяжение. С помощью оптических и злектронномикроскопичееких методов изучалась поверхностная картина скольжения, проводились электронномикроскопические исследования тонких фольг, в результате количественной обработки данных эксперимента определялись различные характеристики дислокационной субструктуры и следов скольхения.

В третьем разделе "Изменение микроструктуры и механических свойств сплава в процессе старения" представлены

результаты исследования микроструктуры недеформированного сплава, подвергнутого закалке, одноступенчатому и двухступенчатому старению, и привзденч данные по влиянию режима термической обработки на механические свойства.

Установлено, что независимо от рекима ооработки для сплава характерно наличие субзеренной структуры, значительная неоднородность в распределении дислокаций по объему, средняя плотность которых близка к 10^ см"2, присутствие крупных включений и соединений переходных металлов с алюминием, как правило, имеющих небольше размеры и низкую плотность; в закаленном состоянии плотность дисперсных частиц минимальна. В связи с наличием столь большого количества структурных дефектов следует ожидать, что в ходе распада исследуемого сплава значительную, роль доданы играть процессы гетерогенного образования выделений.

. в результате олектрогшошкроскопическис исследований установлено, что при всех режимах старения основной упрочняющей сразой яв-

ляется некогерентная 1 -фаза (М^ , после одноступенчатого старения в течение 10 часов и более обнаружено небольшое количество некогерентной Т-фазы( (№г /^Границы зерен и субзерен оказались весьма благоприятными местами для зарождения и роста выделений: дане после кратковременного старения при электрояномикроскопических исследованиях можно наблюдать участки границ, на которых выделения располагаются практически вплотную. Выделения,.находящиеся в теле субзерен, имеют меньшие размеры и достаточно однородно распределены по объему. Для разных ренинов старения определялись следующие характеристики выделений: плотность, размеры, расстояния мезду выделениями в плоскости сколькения, величина объемной' доли.

Механические испытания показали, что предел текучести закаленного сплава более, чем в 15 раз превышает предел текучести полукристаллического алюминия. В результате одноступенчатого старения происходит существенное повышение б^ , максимальное значение данной характеристики достигается при выдержке 24 часа (рис. 1, а). Дальнейшая вндеряка при более высокой температуре в ходе двухступенчатого старения приводит к немонотонным изменениям (З^д. ( рис. 1". б).

При испытаниях на растяжение закаленного сплава стадии на за- виспмости6"-/^не выявляются, в случае слагая обнаружено три ста- -дии упрочнения: линейная и два параболических (рис. 2, криЕые 4 и 7). При растяжении состаренного сплава выявляются две стадии упрочнения (рис. 2, а). При испытаниях на сжатие сплава, подверхлу-того'двойному старении (состояние максимальной прочности) , а так-ге после одноступенчатого старения, обнаружено четыре стадии упрочнения: первые три стадии параболические, а на стадииЩ & = О (рис. 2, 6). Максимальной пластичностью при растяжении обладает закаленный сплав, старение вызывает уменьшение величина максимального относительного удлинения, самую низкую пластичность икэ-'ет сплав, состаренный -по двухступенчатому режиму.

В заключительной части третьего раздела рассмотрены закономерности формирования предела текучести сплава, подвергнутого старению. В соответствии со структурными характеристиками состаренного сплава величину ба>1 иохао представить в виде следующей

= £> % + ь £ор -<- +

Здесь £><о£ - напряжение трэния, - напряжение Орована, обус-

ловленное присутствие!»*, некогерентных выделений, напряжение,

необходимое для преодоления леса дислокаций, - напряжение,

61 г, Пи

//

Рис. 1. Зависимость продела текучести [кривые 1,3) к напряжения Орована (кривые 2,4) от продолжительности одноступенчатого старания (а) и от времени выдержи на второй ступени старения (63.

о 0,2 о,4

Рис-. 2. Зависимости 6- дая , растяжения Га) и снатия (б) : 1,6 — 373 К, 24 часа; 2 - 373 К, 5 часов; 200 3 - 373 К^ 1 час? 4,7 - закаленное состояние; 5 - двойное старе- ■ ^^ ние (373 К, 24часа + 443 К, 5 -часов).

- и -

обусловленное наличием ,субграниц. Судя по величине- напрякения Оро-вана, рассчитанного для разных состояний сплава с использованием определенных экспериментально параметров выделений (рис. 1, кривые 2 л 4], оно слабо меняется в ходе старения и составляет около 50 fflla, то есть примерно в 8 раз меньше максимального значения . В связи с тем, что д(?ГА незначительно меняются в ходе старения, остается неизменной и величина дб^«,., можно сделать вывод, что только соответствующие изменения л <Of могут обеспечить тот характер зависимости от времени старения, который наблюдается экспериментально. Судя по всему, ¿6у изменяется при старении вследствие формирования чрезвычайно мелких когерентных образований типа зон Гинье-Престона (концентрационных неодкородностей, кластеров, разного рода комплексов/. В результате выдержи на второй ступени ; тарекия эти образования укрупняются настолько, что становятся на-5лпдаемнми при электронношксроскошгческих исследованиях. Подобное ^существование выделений разной природы в стареющих алюминиевых сплавах г, в частностиi в сплавах системы Я?-2п- //^наблюдается довольно-часто, особенно это характерно для промышленных материалов.

Раздел 4Т "Закономерности эволэдии дислокационной субстотк-гуры и деформационного рельефа сплава А€-б'1„Ъ1-2°/„ /У^. , каходящего-:я в различных состояниях"

В начальной части данного раздела рассмотрены результаты негодования дислокационной субструктурн, формирующейся на разных стадиях деформации сплава, находящегося в состоянии максимальной 1рочнссти, которое достигается и в ходе одноступенчатого, и двух-;тупенчатого старения. При электрошгомгкроскокических исследовашт-пс наблюдались следующие типы субструктур: сетчатая, ультрамзлко -5лочная, полигонизованная» полосовая, а также субструктура с преоб-!аданкем многомерных разориентировок. lia рис. 3 показано, как из-«еняется объемная доля таких субструктур с деформацией. Далее в зазделе 4 проводится детальнее рассмотрение закономерностей форми-эовакия каждой из'наблюдаемых субструктур, анализируется поведение ¡х количественных характеристик ("часть полученных зависимостей прп-¡едена на рис. 3J, делается вывод о ток, что шзгие характеристики ¡уоструктур изменяются в соответствии со стадпжзг упрочпаигя.

В 4.2 и 4.3 представлены данные, полученный ирл исследовании шформационного рельефа сплава, находящегося в состояния шкеималь-ий прочности в опытах -с непрерывными з дзголвитальннми деформацля-ш. 3 случае непрерывных деформаций установлено, что первые следы

скольжения начинают наблюдаться при 0,02, то есть в начале стадии ¡и , Такие следы имеют длину на порядок меньшую среднего размера субзерна {¿¿ъ =3,4 мкм); они прямолинейны и в той или иной степени "размыты"; площадь поверхности, приходящаяс на долю следов, невелика. По мере увеличения £ картина скольхения изменяется так, как это показано на рис. 5. йаяно подчеркнуть, что в. конца стадии

йГ картина скольжения качественно меняется: появляются первые грубые следы сколькения, которые имеют вид ярких извилистых линий, а их длина более, чем на порядок превышает длину тонких следов. Де-рэход к стадии лГ стадии с б = 0 связан с появлением на поверхности грубых пересекающихся следов, судя по дяине ступенек, нередко при этом образующихся, мощность сдвига в следах при £ = 0,33 кокет приближаться к 2000 км.

3 ходе исследований определялись различные количественные характеристики следов: дайна, расстояния между соседними следами, ширина, мощность сдвига, а такяе доля поверхности, занимаемой следами, и доля поверхности с пересекающимися следами скольжения. Для первых трех характеристик не только определялись средние значения, но и строились гистограммы. Оказалось, что средние характеристики тонких следов (1г Р, Н, X) слабо меняются с деформацией, характеристики грубых следов изменяются более существенно и явно немонотон но (рис. 4).

В опытах с переполировкой установлено, что картина скольжения меняется в соответствии со стадиями упрочнения, хотя наблюдаемые изменения отличаются от тех изменений, которые выявлены при непрерывных деформациях. Так, переход к стадии Д' сеязнн не с появлением грубых следов, а следов достаточно тонких, но дайна которых сопоставима с длиной грубых следов¿такие следы часто объединяются в пачкк^. Наступление стадии /7 сопровождается появлением грубых . следов и заметным уменьшением^количества длинных тонких следов (рис. 4, кривая 1). По мере увеличения £ количество грубых следов возрастает, усиливается их разветвленность, однако даже при £ = 0,33 'пересекающиеся грубые следы в опытах с переполировкой не наблюдаются. По результатов исследований деформационного рельефа в опыта:с переполировкой определены различные характеристики следов, построена соответствующие гистограммы. .

7.з сопоставления закономерностей, полученных в опытах с непрерывны!,и и с дополнительными деформациями сладуе?, что грубые следы скольжения образуются в результате объединения длинных'тонких следов и что значительная часть новых следов любого вида по-

г ц 13 см

о од о,2 о,з г

Рис. 3. Изменения в процессе деформации объемной доли субструктур (1 - сетчатая, 2 - разориентированная, 3 -ультрамелкоблочная, 4 - полит онизованная), средней плотности дислокаций ( 5) и величины изгиба-кручения/'б).

<Р>, км

О

¿Цнм

Рис. 4. Зависимость от степени деформации объемной доли полигонизованной субструктуры (1), доли поверхности с длинными тонкими следами (2), мощности сдвига в грубых следах/3), дайны грубых следов (4) и расстояний между ними

А

Рис. 5. Схема эволюции картины скольгэния состаренного сплава С на рис. виг показаны только грубые следа, поскольку тонкие следи скольжения плотно и равномерно распределены по поверхности исследуемых образцов): а - £«0,03; б - £к 0,1; в - & с 0,2;,г -£гО,3.

а £

Рис. 6. Схема образования-тонких (а) и грубых (б) следов скольжения, наблюдаемых на поверхности состаренного сплава.

> * *

Рис. 7. Схема эволюции картина скольжения закаленного сплава: а -¿*0,0е; б - £«0.05; в-£=0,12; г-£к0,40. .

¿1*>,М

¿006 о

1в0 о

-

Рис. 8. Изменения средней длины а средних расстояний мезду следами при деформации закаленного сплава: 1,3 - следы, не разделенные на тонкие и грубые; 2,5-грубые следы; 4- - пачки, образованные грубыми следами»

является иа поверхности з непосредственной олизости от "старых следов, нередко полностью дли частично сливаясь с ними (рис. 6J.

В 4.4 представлены результаты исследования деформационного рельефа а дислокационной суострукгуры закаленного сплава. Установлено 3 что следы скальаения, наблюдаемые на ранних стадиях деформации закаленного сплава, по_ своим характеристикам отличается от следов, формирующих картину скольжения состаренного сплава при £ « 0,07, а именно, они существенно длиннее (в 3-4 раза),им в гораздо меньшей степени свойственен "составной"характер (рис. G, а и 7, а,б}, средняя длина следов уменьшается, а не возрастает с деформацией. Увеличение £ но приводит к формированию грубых следов,, мощность сдвига э которых на порядки превышает соответствующую характеристику окрузавщих следов, как это имеет место в состаренном сплаве; в закаленном сплаве в ходе деформации все "старые" следа а той зла зной степени огрубляются (рис. 7). ■

для закаленного сплава,. как а для состаренного, переход от одной стадия упрочнения к другой сопровождается изменениями количественных характеристик следов. Так, переход от линейно! стадии к параболической связан с заметным огрублением следов з с изменением хода зависимости i L> — £ ; наступление следующей параболической стадии (стадии ЯГ'^ сопровождается тем, что характеристики следов практически перестают изменяться по мере увеличения £ (рас. 8J.

Таким.образом, из анализа всей совокупности полученных данных' следует, что локализация скольжения в закаленном сплаве а отличие от состаренного усиливается не в результате "подстраивая®*-" новых следов к "старым", а вследствии постепенного увеличения сдвига в "старых" следах скользеши.

О закономерностях эволгагвга дислокационной субструтстуры закаленного сплава, дают представления' зависимости, приведенные на рис. 9.

Рис. У. Изменение объемных долей субструктур(СС) различных типов з ходе деформации закаленного сплава: 1 - сетчатая; 2 - СС с плавными одномерными разориентировками; 3 - СС с низкой плотностью дислокаций; 4 -С С с главными нногомерныш рааориен-тировкада; 5 - СС с высокой плотностью выделений.

Таким ооразом, во всем интервале деформаций, в котором проводились исследования, доминирует сетчатая субструктура, субструктуры, обладающие дискретными разорпентировками, не наблюдаются, наконец, на стадии с наиболее низким &(стадии ш') при исследовании фольг обнаруживаются кикрообласти, в которых высока плотность выделений и низка плотность дислокаций.

Заключительная часть раздела посвящена рассмотрению результатов исследования дислокационной субструктуры к деформадаонкого рельефа сплава, подвергнутого растяяению. Механические испытания показали, что, если величина предела текучести не зависит от вида нагрузки, то форма кривой упрочнения и пластичность; напротив, су-1 цественно изменяются при переходе от сжатия к растяжению.

Раздел 5Т "Механизмы деформационного упрдчндния яисперсионно-уверде^лаго сплава А£~6%Ь>-3% //г,'.'

и начале данного раздела проводится анализ закономерностей формирования зон сдвига, о которых «окно судить по характеристикам следов скольжения, поскольку следы - это результат пересечения зон сдвига поверхностью кристаллов. Экспериментально установлено, что зоны сдвига, формирующиеся в состаренном сплава, могло разделить на два типа: "слабые" и "мощные". Разыары "слабых" зон сос-V таБддат 0,2-0,4 мкм, мощность сдвига близка к 3 нм; соответствуй щие ха; \ктернстики "мощных", зон превышают указанные значения более, чей на порядок. "Слабые зоны начинают формироваться при £& /\02 (начало стадии щ) , а "мощные" при ¿г.- 0,07-0,09, то есть в начале стадии Л7', что приводит к возрастании средней длины следов скольжения с деформацией (в других материалах, в том числе и в геторофазных, уменьшается с ростом ¿} . Характерной особенностью, процесса формирован 2-я зон в сплаве Ав-6%Ъг -5%Ш, подвергнутом старению, является то, что значительная часть новых зон сдвига к того, и другого типа формируется в непосредственной близости от "старых"; в закаленном сплаве в основном имеет место неоднократная активизация "старых" зон сдвига.

В следующей части данного раздела рассмотрены возможные механизмы образования зон. сдвига в сплаве, находящемся в различных состояниях. За основу взяты такие представления, что зона сдвига формируется в результате испускания источником серии дислокацион-ккых петель вследствие возникновения в материале локальных избыточных напряжений, действующих на данный источник. Подробно анализируются причины,возникновения в исследуемом сплаве таких на-•.р/ыений. Отмечается, что по сравнении с "могашии"' зонами для

образования "слабых" зон требуются гораздо меньшие локальные изль точные напряжения и что дислокации, формирующие подобные зонт;, практически не взаимодействуют с некогернтнкмп выделениями, что обусловлено палой данной юс свободного пробега.

В следующей. части пятого раздела анализируется связь мегзду количественными характеристиками полигонззованной субструктуры (йС),-формирующейся в интервале деформаций 0,1 * £ ¿. 0,25, л характеристиками "мощных" зон сдвига. Так, первые области с 11С начинают наблюдаться при таких £ , с которыми связано появление, первых "мощных" зон сдвига, а дайна грубых следов сопоставима с размером областей с ПС/ рас. 6). Обнаружено существование корреляции мезду изменением сб-ьемной дола НС и характеристик грубых следов С дайной, мощностью сдвига, расстоянием: кезду следили) , а таете долей поверхности, занятой даинтмиотносительнотоюотли следами, в результате объединения которых образуются грубые протяженные следы (рис. 4 и рис. 6),

Отмечается, что в деформированном полукристаллическом алюминии блочные структуры начинают наолюдаться при электронномикросяо-пяческих исследованиях при таких £ , для которых характерно грубое скольжение. При усталостных нагруаениях материалов с высокой энергией дефекта упаковки наиболее■часто области с блочными структура?,я обнаруживаются вблизи усталостных трещин, м-оано прэддоло-:кить, что и ¿.исследуемом сплаве блочные структуры, к которым относится ЕС, формируются вблизи досточно "мощных" зон сдвига. С другой гой стороны известно, что блочные структуры характерны для материалов, подвергнутых горячей обработке (отжигу, горячей деформации). Отсюда следует, что ¡результирующий эффект процессов, развивавшихся вблизи "мощных" зон сдвига таков, как будто в ходе деформации в данных.областях материала возрастает концентрация точечных дефектов. Однако, если в локальных'областях исследуемого" сплава появится-" большое количество точечных дефектов, то это долзно вызвать не только изменения в характере расположения дислокаций» но и привести к растворению выделений з состаренном сплаве (частичному или полному); в закаченном сплаве, напротив, доляны активизироваться процессы распада. ',

Данные эксперимента вполне согласуются с предполагаемым ходом процессов. Так, в деформированном закаленном сплаве-наблюдаются "области,~в" которых высока плотность дисперсных выделений и низка плотность дислокаций. В состаренном сплаве плотность неко-гзрзнтных выделений в областях с блочной структурой оказалась

- 1В -

I 1,3 раза ниже средней по объему. Наконец; предполагаемый ход процессов подтверкается закономерностями, установленными при исследовании картины скольжения закаленного и состаренного сплава (рис. 5- 8).

До итогам рассмотрения закономерностей, выявленных при изучении дислокационной субструктуры и картины скольезния сплава А?-&ЧЛм находящегося "в различных состояниях, делается

предположение, что формирование зон сдвига сопровождается субструктурно- фазовыми превращениям!,интенсивность которых тем выше, чей больше мощность сдвига в зонах.

. В заключительной части раздела с использованием всей совокупности полученных данных анализируются структурные .аспекты развития пластического течения в исследуемом сплаве. Подчеркивается, что напряжение течения сплава формируется как суша целого ряда вкладов в том числе и вкладов, обусловленных присутствием в сплаве выделений различной природы, границ субзерен и границ деформа-" штанного происхоЕдения, наличием высокой плотности дислокаций. Значительное влияние на развитие пластического течения оказывают дальнодействушше поля напряжений,интенсивность формирования которых существенно возрастает с появлоцием первых достаточно "мощных" зон сдвига. Механизмы деформационного упрочнения на разных стадиях де^орлации оказываются различшвла. Высокие значения & на юре-ходяой стадии и в начале стадии ПГ обусловлены главный образом высокой скоростью накопления дислокационных аарйдов вследствие несовместности деформации матрацы в некогерентннх выделений. В своз очередь высокая скорость накопления способствует .формирование субструктур, обладающих разорпентировкадп:, что приводит к образовании цощных далькодействующих полей напряжений, неоднородно распределенных во объему. В результате, создается условия дая начала формирования "мощных" зон сдвига и развития локальных субетруктурзо-фазовых превращений, приводящих к появлению в состаренном епдаззз областей, в которых понижена плотность как - дислокаций, так и выделений (зон Гинье-Престона и выделений 4 -фазы) . Но мере дальнейшего увеличения £ именно в таких областях а первую очередь формируются новые "мощные" зош сдвига, которые, объединяясь, способствуют значительному усилению локализации деформации, .

."■.-.ОСИПШИЕ ШВОДГ .

1, Б процессе старения при 373 проггышленвого сплава

Но некогерентяые выделения £ -фазы образуются е в тела, и на .

границах субзерен. Внутри субзерен выделения распределены весь;.' однородно, что касается суограниц, то одни из них свободны от ьи лений, на других - выделения располагаются практически вплотную. Наиболее интенсивный рост выделений характерен для начальных эта пов старения час). Выдернка на второй ступени старения, на вызывая существенных изменений характеристик некогерентных частш. способствует увеличению размеров когерентных образований ("зон Гинье-Престона), в результате, они становятся наблюдаемыми при электронномикроскопических исследованиях.

2. Экспериментально установлено, что предел текучести сплава М-6'!»Ъ\Нр, формирующийся за счет ряда вкладов, а том числе и за счет субструктурного, и дисперсионного, возрастает при увеличении продолжительности старения при 373 К, достигая максимальных значений (б^^ри выдерже 24 часа; последующее стареете при более высокой температуре вызывает немонотонные изменения .

3. Величина напряжения Оровака, обусловленного присутствием некогерентных выделений, незначительно меняется в ходе старения и составляет около б"А/8, так что вклад этих напряжений в (э„ ,, наиболее существенен'для сплава, подвергнутого кратковременному старению.

4. Кривые деформации сплава,.находящегося в состоянии максимальной прочности, при испытании на сжатие имеют четырехстадийный характер. Коэффициент деформационного упрочнения, составляющий вблизи предела текучести величину порядка 6/5, быстро убывает" по мере перехода от одной стадии к другой и на стадии становится равным нулю.

5. Выявлена связь меходу закономерностями формирования субструктуры а стадиями упрочнения. На стадиях с высоким 9 в объеме ■ сплава, подвергнутого старению, доминирует сетчатая субструктура, для стадий с низким 9 наиболее характерны блочные структуры и субструктуры, обладающие многомерными разориентировками.

6. Закономерности эволюции картины скользенкя такие коррелируют со стадиями упрочнения. Для стгцшй с высоким 9 характерно тонкое сколькение, переход к стадия»,I с низким & сопровождается появлением грубых протяженных следов.

7.' Установлено,что в сплаве, находящемся в состоянии максимальной прочности, в процессе деформации имеет место образование двух типов зон сдвига, размеры и мощность сдвига в которых отличаются^ более, чем на порядок. Активизация значительной частиковых

он i того, и другого типа происходит в непосредственной близости от ранее образовавшихся зон.

8. Закономерности, выявленные при изучении дислокационной субструктуры и деформационного рельефа, дают основания предполагать, что формирование зон сдвига в исследуемом сплаве сопровождается локальными субструктурно-фазовыми превращениями, интенсив- . нссть которых тем выше, чем больше мощность сдвига в зонах.

Материалы дирсертапии опубликованы в '¿9 работа^. основные из которых следующие:'___

1. Стадии пластической деформации,' эволюция субструктура и картина скольжения в сплавах с дисперсным упрочнением J Козлов Э. % В., Попова H.A., Григорьева H.A. и др. // Изв. вузов. Физика. -

' 1991. -Ш 3. - С, 112-128.

2. Изучение тонкой структуры деформированного высокопрочного сплава ■Яе-Ул-Нр* / Григорьева H.A.', Ковалевская Т.А., Козлов Э.В. и др. // Пластическая деформация сплавов. - Томск: Изд-во ТГУ, 1986. - С. 194-193.

3. Ковалевская Т.А., Григорьева H.A., Арцруни A.A. Деформационный рельеф и пластическая деформация высокопрочного сплава

Jf-Хж- //Там г:е, - С. 194-202.

4. Григорьева H.A., Ковалевская Т.А., Козлов Э.В. Эволюция дефекта -деформационной среды дисперсионно-твердеющегоссплава

/Yy. // Эволюция дислокационной структуры, упрочнение и ¡.-¡лрушение сплавов. - Томск: Изд-во ТГУ, 1992. - с. 73-83.

5. Григорьева H.A., Ковалевская Т.А., Козлов Э.В. Стадии пластической деформации и дефектная Структура стареющего сплава

Ну / Томск, инх.-строит, ин-т. - Томск, 1989. - 20 с. Деп. в ВИНИТИ 16.08.89 № 5550-В89.

• 6. Григорьева H.A.- Картина скольжения на разных стадиях пластической деформации сплава М-tn- Мр. / Томск, инн.-строит, ин-т,-Тоыск, 1989? - 29 с, - Деп. в БЙШТИ 22.11.89 X 7008-В89.

7. Григорьева H.A., Ковалевская Т.А. Дефораационное упрочнение сплава Л б- Ям- различных структурных состояниях /Томск, кнж.-строит, ин-т. - Томе», 1SS0. - 26 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.02. 90 & 794-В90.

8. Ковалевская Т.Д., Григорьева H.A., Козле® Э.В. Эволюция дефектно-неоднородных подсистем пластически деформируемого гетаро-4 аз кого сплава А(-1а-Ufr // Структура и химическая «шеронеодаю--рощюсть б материалах. - Киев, 1920. - С. 46-48.