Локализация сверхпластической деформации сплава Zn-22%А1 на разных структурных уровнях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Г 5 ОД РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ СВЕРХПЛЛГТИЧЧОСТИ МЕТАЛЛОВ

На правах рукописи УДК 620.1С; 539.382

Фаизова Счетлана Никитична_

ЛОКАЛИЗАЦИЯ СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СПЛАВА 2п-22ХА1 НА РАЗНЫХ СТРУКТУРНЫХ УРОВНЯХ Специаль/ность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических нау:<

Уфа-1994

Работа выполнена в Институте проблем сверхпластичности металлов РАН

Научный рук<?всдитель: доктор технических наук профессор Кайбышев O.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Новиков И.И. кандидат физико-математических наук Назаров A.A.

Ведущая организация: Нижегородский филиал института машиноведения имени А.А.Благонравова РАН

Защита состоится 29 ноября 1994 года на заседании специализированного совета К.003.98.01 при Институте проблем сверхпластичности металлов РАН (450001, г.Уфа, ул.Ст.Халтурина)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ИПСМ РАН

Автореферат разослан '28" октября 1994 г.

Ученый секретаре специализированного совета

Маркушев М. Ь _

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование сверхпластичности (СП) представляет интерес для создания принципиально новых технологий, для обработки груднодеформируемых мате налов (керамики, интерм ¡тллли-дов, композитов) и повышения их эксплуатационных свойств. Однако, отсутствие развитой физической теории СП не позволяет расширить возможности применения этого уникального явления. Наиболее прямой путь к пониманию природы СП - изучение явления на специальных модельных материалах, одним из которых является сплав гн-22%А1.

Согласно большинству моделей сверхпластическая деформация (СПД) осуществляется проскальзыванием по границам зерен, которое сопровождается дислокационным движением и диффузионными процессами При этом утвердилось мнение, что эти процессы реализуются равномерно во всем объеме материала. Такой подход не объясняет многих экспериментальных фактов таких, :ак сохранение формы отдельных зерен при перемещении их на значительные расстояния, возникновение "полосчатых" (диффузионных) зон на двухфазных границах в различных сплавах, и в частности, в сплаве гп-22%А1.

С точки зрения механики деформации твердого тела макроскопическая деформация не может быть однородной и должна осуществляться макроскопическим сдвигом. Следовательно, для понимания природы сверхпластичности необходимо найти связь между макроскопическим поведением СП материала и микроскопическими процессами. происходящими в нем. Для этого требуется получить экспериментальные данные на разных структурных уровнях - макроскопическом, мезоскопи-ческом и микроструктурном. Основная концепция заключается в том, что кооперация большого числа взаимодействующих структурных элементов определенного уровня приводит к проявлению некоторого ансамбля как структурного элемента более высокого масштабного уровня Применительно к сверхпла;:тичности эта концепция мотет бить определена как изучение достаточно больших ансамбле;; вччимодой

ствующих зерен на всех уровнях исследования. Решение такой задач! требует разработки и применения специальных методов исследования Цель работы. Настоящая работа посвящена исследованию локализации сверхпластической деформации на разных структурных уровнях, В работе были поставлены следующие задачи: 1.Показать, как может осуществляться сверхпластическая деформация в виде сдвига, учитывая при этом, что аернограничнос

I

проскальзывание (ЗГП) является основным механизмом СПД.

. 2. Установить связь между структурными изменениями и механическим г¿ведением материала, деформированного в условиях свёрх-пластичности

3. Объяснить, как происходит перемещение зерен на большие расстояния, т.е. накопление зерен в направлении растяжения при одновременном уменьшении их количества в поперечном направлении.

4.Каким образом осуществляется аккомодация таких перемещений.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые сделано • следующее:

Благодаря использованию:

-разработанной методики наблюдения локализации СПД за счет различия исходной и "новой" поверхности, появившейся в ходе деформации ,

. -методики прицельной съемки больших зеренных ансамблей, -применению специальных режимов при работе в растровом электронном микроскопе (РЭМ),

получены данные, позволяющие по-новому представить развитие деформационных процессов при СП течении. А именно: ,

1.Установлен факт осуществлении кооперированного ЗГП при СПД 2.Экспериментально показано, что СПД осуществляется путем зарождения и развития деформационных полос (ДП). В результате развития ДП происходит разбиение материала на большие группы зе-

рен, которые перемещаются в объеме материала как самостоятельный структурный элемент, что и обеспечивает непрерывное течение и большие пластические деформации без изменения формы зерен.

3. предложена модельная схекч перемещения групп з рон за счет макроскопических сдвигов по деформационным полосам, которая может стать основой в новых теоретических разработках моделей СП.

Практическое значение. Полученные результаты представляют интерес для развития физики твердого тела, позволяют глубже понять природу СПД, которая осуществчяется за счет макроскопических сдвигов по деформационным полосам. Предложенная схема перемещения больших групп зерен за счет развития деформационных полос может быть использована при теоретических разработках модели СП, учитывающей неоднородный характер развития сверхпластичности.

На основе системного анализа методик расчета вкладов различных деформационных механизмов в общее удлинение показано, что традиционные методики, не учитывающие мезоскопическую неоднородность развития процесса СПД, приводят к некорректным результатам. Это необходимо иметь в виду при проведении количественных оценок вкладов.

На защиту выносятся следующее результаты и положения:

1. Данные, подтверждающие кооперированный и направленный характер зернограничного проскальзывания в условиях СПД.

2. Экспериментальные доказательства развития сверхпластического течения в виде полос локализованной деформации на разных структурных уровнях.

3. Результаты исследования влияния скорости деформации на развитие деформационных полос.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: I Всесоюзной конференции "Структура й свойства границ зерен" (Уфа, 1983): Семинаре "Физико- технологи ческие проблемы поверхности металлов" (Ленинград, Г.-М'О. I

союзной конференции "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов, (Куйбышев, 1986); III Всесоюзной конференции "Сверхпчастичность металлов", (Тула, 1986); II Всесоюзном конференции "Структура и электронные свойства границ зерен в металлах и полупроводниках", (Воронеж, 1987); 5 конференции "Сверхпластичность неорганических материалов" (Уфа-1992); IUWRS-ICAM-93 (Тикуо Japan, 1993); EMRS 1993 Fall Meeting, 4th Européen East-West Conference (ST-Petersburg, 1993); ICSAM (Moscow, 1994).

Публикации. Материал диссертационной работы отражен в 19 публикациях, списсж основных из них приведен в конце автореферата.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, ( пяти глав, выводов и списка литературы из 124 наименований. Диссертация содержит 132 страницы, 52 рисунка и 5 таблиц.

Работа выполнена при научной консультации к.ф.-м.н. В.В. Ас-танина .

. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обзор литературы' (глава 1)

В первом разделе дано описание известных экспериментальных особенностей свархпластической деформации на разных структурных уровнях. Макроскопическое описание определяется механическим тю-ведением материала и его характеристиками. Приведены данные мезо-скопического уровня, к которым, прежде всего, можно отнести такие интегральные методы анализа изменений структуры как текстурные исследования..Микроскопический уровень представлен данными о характерных структурных изменениях, происходящих на поверхности и в объеме.

Рассмотрен вопрос о действующих при СП деформационных механизмах - зернсграничном проскальзывании (ЗГП), движении дислокаций и диффузии Приведен подраздел, посвященный основному меха c.î-'MV '•в.'гхп.чгюткчности - ЗГП Аньлич зк1"пе;.т."Мг:-.-;'Ыпг< данных.

посвященных исследованию ЗГП показал, что все они проведены на одном и том же структурном уровне - микроскопическом, когда учитывается относительное проскальзывание нескольких (2-3) зерен.

Сделан вывод о том. что провести связующую линию между макроскопическими свойствами материала и микроскопическими особенностями на уровне отдельных зерен и данными о дислокационной структуре чрезвычайно сложно, а, соответственно, практически невозможно представить полную картину развития сверхпластической деформации. Вероятно, отсутствие данных промежуточного уровня исследования, а именно, мезоскспического, и представляэт на данном этапе изучения СОД главный интерес.

Во втором разделе описаны, наиболее распространенные методики

расчета вкладов различных механизмов деформации в общее удлинение ■

- метод Речингера по удлинению зерен и метод рисок в различных его модификациях.

Метод рисок рассмотрен в его первоначальном предложении, когда нужно было проводить сравнение исходного взаимного расположения большого ансамбля зерен с тем расположением, которое наблюдается после деформации. Однако, наиболее широкое распространение нашли упрощенные разновидности данной методики - методики определения компонент вектора проскальзывания по рискам, которые, как правило, проводились статистически по случайным фотографиям без сравнения с исходным взаимным расположением зерен. Такое состояние дел не дает возможности оценить как мезоскопическую неоднородность развития процесса СП деформации в целом, так и ЗГП в большом ансамбле зерен.

В третьем разделе дан обзор моделей сверхпластической деформации. Сравнительный анализ показал, что:

1. Известные модели СПД не объясняют как осуществляется деформация за счет ЗГП по границам индивидуальных зерен '•¡•тк--! имеют сложную пространственную конфигурацию, и , разные уп ■ :■

границ по-разному ориентированы к максимальным касательным напряжениям. Отсюда неясно, как осуществляется ЗГП одновременно по всем границам конкретного зерна.

2. Непонятным остается вопрос о перемещении отдельных зерен на значительные расстояния без изменения формы.

3. С точки зрения механики деформации твердого тела должен происходить макроскопический сдвиг. Однако, представить сдвиг из • рассмотрения ЗГП по индивидуальным границам зерен чрезвычайно сложно.

4. По известным моделям перемещение отдельных зерен требует значительных аккомодаций, что не подтверждается экспериментом.

Эти вопросы явились определяющими при постановке задачи исследования в следующем разделе.

1.Показать, как может осуществляться СПД в виде сдвига, учитывая при этом, что ЗГП является основным механизмом СП.

2. Установить связь между структурными изменениями и механическим поведением материала, деформированного в условиях сверхпластичности .

3. Объяснить, как происходит перемещение зерен на большие расстояния, т.е. накопление зерен в направлении растяжения при одновременном уменьшении их количества в поперечном направлении..

4. Каким образом осуществляется аккомодация таких перемещений

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ. (Глава 2.)

В ка 1естве материала исследования выбран двухфазный сплав Zn- 22%А1 со структурой микродуплекс и размером зерен 1мкм,

известный своими высокими показателями сверхпластичности.

Механические испытания на растяжение проводили в оптимальном для данного сплава температурно-скоростном интервале при Т == 523К и скорости деформации с = 6.9-10 3 с 1 Для сравнения механичес-

кого поведения и структурных изменений сплава образцы растягивали со скоростями на порядок ниже и выше оптимальной, что соответствует с * 6,9,-Ю-4 с-1 и ¿1Г1- 6,9 - Ю-2 с-1.

Для изучения особенностей развития локализации деформации в виде деформационных полос были проведены наблюдения за большими участками поверхности и внутреьчимк объемами материала, включающими в себя от 20-30 зерен до 100-200. Наблюдения проводили на оптическом микроскопе Epiquant, растровом электронном микроскопе JSM-840A и просвечивающем микроскопе (ПЭМ) JEM 2000ЕХ. При наблюдении поверхности использован метод прицельной съемки выделенного маркером участка поверхности образца.

Разработаны специальные методики, позволяющие отличить исходную поверхность образцов от 'новой", полвившейся в ходе деформации. Во-первых1, это использование нетипичных для наблюдения поверхности реь. мов РЭМ. Снижение ускоряющего напряжения mi. фос-копа приводит к тому, что электронный пучок становится чувст. и-тельным к разнице между окисной пленкой исходной поверхности и "новой'. Во-вторых, методика нанесения на исходную полированную поверхность образца угольной пленки, чтобы пометить зерна, находящиеся на поверхности до деформации. В ходе растяжения пленка рвется в местах локализации деформации, которые в микроскопе еы-глядят как более светлые места. Обе методики имеют свои недостатки, описанные в разделе, но в целом позволяют выявить мезоскопи-ческий характер неоднороцности сверхпластичепкой деформации

Оценку вклада деформационных полос а общее удлинен! • образцов проводили по методике рисок, сравнивая помеченный участок поверхности, включающий до 100 зерен, до деформации и п..еле.

ФЕНОМЕНОЛОГИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СПЛАВА 2п - 22% А1. (Глава 3.)

В настоящей главе приведены данные о макроскопическом поведении материала при растяжении в условиях сверхпластичности ,с разными скоростями деформации и результаты изучения структурных изменений, происходящих с большими зеренными ансамблями. Последние определяют кезоскопический уровень исследований

Механические кривые зависимости напряжение течения а - степень деформации с получены при растяжении образцов при температуре Т = 523 К в трех скоростных интервалах СП: малых скоростей порядка ё « 6,9-10~* с-1, оптимальных для СП сплава Хп - 22% А1 -с11= 6,9- Ю-3 с-1 и высоких - ¿111» 6,9-Ю-2 с-1. Двустадийный характер диаграмм растяжения является общим для всех диаграмм а—с во всех трех скоростных интервалах. Начальная стадия характеризуется интенсивным повышением деформирующего напряжения и последующим переходом к стадии установившегося течения. В оптимальном интервале переход происходит при с - 3-4% и ав МПа. Особенности перехода и его параметры - степень деформации и напряжение-зависят от скорости деформации. Чем больше скорость, тем при большем значении удлинения и большем .напряжении он происходит. Для с это с = 2% и - 1 МПа, а для это =8-9% и

<г =22 МПа. ш

Поведение материала на стадии установившегося течения имеет свои характерные особенности в зависимости от скорости дефорк.ации. При малой скорости деформации, как и в случае оптимальной, напряжение течения в основном остается постоянным. При высокой скорости деформирования происходит значительное снижение сг до 18 МПа в процессе растяжения образца до 80%. Далее скорость снижения с заметно уменьшается и устанавливается стадия стабильнсге течения

Макроскопическое поведение материала является интегральным

- и -

показателем процессов, происходящих на более низких масштабных уровнях. Для выявления корреляции механических сеойств с изменениями структуры было проведено сопоставление мезоскопических особ нпостей формирования деформационного рельефа с' ходом кривой сг - с. Элекронномиьроскопические исследования деформационного рельефа показали, что на начальном этапе полосы локализации появляются вдоль цепочек границ зерен. По характеру распространения полосы вдоль границ зерен и по смещению м&ркерных линий видно, что осуществляется зернограничный сдвиг больших г зеренных групп друг относительно друга.

Таким образом, уже на начальном этапе деформации исследование , большого ансамбля зерен выявило важную особенность распределения деформации вдоль образца. Деформация не просто осуществляется неоднородно, но локализована в геометрически четко определенном положении . Расположение полос локализованной деформации вдоль границ зерзн и, как результат, соответствующий сдвиг больших зеренных групп друг относительно друга позволяют говорить об установлении нового качества изг.естного механизма СП деформации - зерногранич-ного 1 ' оскальзывания - о дальнодействующем, направленном и кооперированном характере зернограничного проскальзывания.

При переходе к стадии установившегося течения полосы интенсивной деформации расширяются. Одновременно появляются новые аналогичные полосы, которые в случае оптимальной скорости деформации уже при 20-50 % удлинения образца располагаются на поверхности образца под углом близким к 45° относительно оси растяжения. Рост напряжения течения сг на начальной стадии растяжения коррелирует с увеличением геометрических размеров деформационных полос (их длины и ширины) и зарождением новых аналогично развивающихся полос. Соединяясь, полосы образуют сеть, которая расчленяет весь объем материала на группы зерен.

Установлено, что при СПД происходит движение ч разворот

групп ззрёл \ак целого. В ходе деформации зерна, принадлежащие группе^ деформируются. Индивидуальная деформация каждого зерна носит осциллирующий характер.'Одно и то же зерно в ходе деформации может сначала удлиняться, а затем сжиматься В итоге, общий вклад такой внутргзеренной деформации в общее удлинение образца составляет для данного материала 12±8(%).

Вклад деформационных полос в общее удлинение образца составляет 90% и, соответственно, деформационные полосы являются чрезвычайно важным структурным элементом сверхцластической деформации.

Влияние скорости деформации проявляется в том, что чем больше с, тем большее количестло полос формируется в образце, ширина их становится меньше, уменьшается и размер групп зерен .

Таким образом, экспериментально показано, что сверхпластичность реализуется путем кооперированного сдвига по поверхностям локализованной деформации, проходящим по благоприятно расположенным границам через объем материала. Если провести аналогию с монокристаллами, то можно предположить, что на начальном этапе (I стадия деформации) сдвиг осуществляется вдоль единичных линий кооперированного ЗГП, в котором взаимосвязанно участвует большое число зерен. Объединение таких линий приводит к формированию полос локализованной деформации, которые подобны хорошо известным полосам Чернова-Людерса. В результате развития ,деформационных полос кооперированного ЗГП (II стадия) происходит пространственное перераспределение преимущественно объемных конгломератов зерен, за счет чего и достигаются большие удлинения. Для понимания того, как осуществляется развитие полос кооперированного ЗГП были проведены специальные структурные исследования деформационных полос на мезоуровне и микроуровне.

СТРУКТУРА ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПОГОС.(Глава 4.)

Исследования деформационного рельефа показали, что деформационные полосы имеют достаточно сложную структуру ,. В направлении сдвига зерелнкх конгломератов на линии их раздела вырастают, как правило, столбчатые кристаллы £-фазы, встречаются и зерна а-фазы, имеющие округлую форму. Рост кристаллов наблюдается как на а-, так и на /3-зернах исходной поверхности, осуществляется вдоль поверхности и приводит к изменению фазового состава поверхности. Все эти особенности роста новых зерен в пределах деформационной полосы свидетельствуют об интенсивной диффузии, проявляющей даль-нодействующий и направленный характер.

Для того, чтобы прояснить вопрос о том, насколько наблюдения деформационной полосы на поверхности позволяют судить о процессах, происходящих в объеме, был проведен специальный эксперимент. Прицельно наблюдали за изменением структуры вглубь материала, начиная с поверхности. Поэтапно сполировывали верхние слои образца и наблюдали изменения структуры приповерхностных слоев.

В объеме образца удалооь проидентифицировать области, находящиеся под деформационной полосой и под недеформированним участком поверхности. Внутри полос (участков под деформационной полосой) хорошо просматриваются формирующиеся однофазные цепочки как а-, так и /3-фаз. Цепочки располагаются под углом 45-60°к оси растяжения.

Анализ граничной области между деформационной полосой и не-деформированной частью материала показал, что границы зерен, образующие эту область как бы выстраиваются вдоль . линии раздела. Видно, что границы сосэдних зерен, не зависимо от типа фаз, образуют единую почти прямую линию. Вдоль этой линии имеются некоторые несоответствия, например, зерно, пересекающее это направление, или выступ зерна. Однако, линия не запирается на них, а продолжается дальше вдоль заданного направления. Такая геометричес-

кая особенность расположения границ вдоль одного направления позволяет предположить, что в результате развития миграции границ зерен, диффузионных процессов в сочетании с движением дислокаций в заданном ¡[.-¡правлении формируется поверхность, по которой 'тако-вится возможным реализация зернограиичного сдвига. Благодаря набору таких сдвигов происходит перемещение больших массивов зерен друг относительно друга. В исходном материале таких, подготовленных зернограничных плоскостей не наблюдали.

Исследования тонкой структуры показали, что в процессе сверхпластической деформации активизируется дислокационное движение. С увеличением скорости деформации с увеличивается число зерен с развитой дислокационной структурой.

Методом наблюдения больших панорам в ПЭМ получены прямые доказательства развития сверхпластичности в виде деформационных полос. В работе представлена панорама зерен, на которой видны как недеформированная область, так и область активной деформации. Ширина полосы составляет 3-5 зерен. Расстояние между полосами не менее 10 зерен. Внутри полосы хорошо просматриваются направленные цепочки границ зерен, имеющих микроизвилистую форму. Из литературы известно, что изгибы контуров экстинции могут быть результатом взаимодействия решеточных дислокаций с границей , появления я ней ЗГРД и их релаксацией. Микроизвилистые границы образуют цепочки длиной в несколько зерен. В некоторых случаях цепочки соединены полосой внутризеренного скольжения. Подобные изменения имеют место не во всех зернах и границах, а, по- видчмому, только в тех, где начинает зарождаться линия деформации, перерастающая затем в деформационную полосу. Вместе с тем, наблюдаются большие участки зерен, сохранившие свое исходное состояние. Эти данные неплохо согласуются с результатами наблюдений полосы сдвига вдоль границ большого числа зерен, полученными на мезоуровне.

С увеличением степени деформации увеличивается количество

зерен с развитой дислокационной структурой. Вместе с тем, увеличивается и количество зерен, в теле которых нет видимых решеточных дислокаций, но имеющих измененный полосчатый контраст границ зерен. Последнее определяется либо наличием входящих в границу решеточных дислокаций, либо измененной фермой границы, как результатом прошедших в зерне процессов релаксации, связанных с, ЗГРД.

Сравнительный анализ показал! что информация о структуре сплава на микроуровне в значительной мере дополняет данные, полученные на более высоких структурных уровнях, Хорошая корреляция между макроскопическим экспериментом, данными о деформационном

рельефе (мезоуровень) и тонкой структуре (мезо- и микроуровень) ■

позволяет выстроить цельную картину развития сверхпластической деформации за счет деформационных полос кооперированного ЗГП.

СВЕРХПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ КАК КООПЕРИРОВАННЫЙ ПРОЦЕСС.

(Глава 5.)

В настоящей главе на основании сопоставления данных о тонкой структуре материала, полученных на микроуровне, с результатами мезоскопических и макроскопических исследований, сделана попытка представления общей картины процесса сверхпластичности как результата кооперации деформационных механизмов. ' ;

На начальном этапе (стадия I) деформация осуществляется за счет проскальзывания по тем границам зерен, которые изначально

I

благоприятно ориентированы к внешним приложенным напряжениям. Первичное кооперированное ЗГП объединяет несколько соседних зерен вдоль определенного направления. С ростом степени деформации И увеличением напряжения течения начинает "работать" все большее количество линий кооперированного ЗГП. Ресурс таких одиночных

I

линий ограничен и они могут обеспечить лишь очень небольшую де-

'!'<>;".< 1 ЦПУ) -

В результате взаимодействия ЗГП с внутризеренным дислокационным движением и диффузией происходит дальнейшее распространение линии зернограничного проскальзывания. В частности, это станг.вит-ся возможным аа счет формирования линий скольжения в зернах, расположенных на пути направленного проскальзывания.

Данные мезоскопических исследований деформационного рельефа и тонкой структуры подтверждают описанное выше предположение о развитии линии ЗГП - это наблюдаемые на поверхности линии проскальзывания, проходящие по границам 10-15 зерен; спрямленные границы зерен в области между деформационной полосой и недеформи-рованной частью материала; особенности дислокационной структура при малых степенях деформации.

Процесс формирования деформационных полос, происходящий на начальной стадии деформации, сопровождается интенсивным ростом напряжения течения <г, необходимого для создания сначала отдельных линий ЗГП, а затем их объединения в системы линий ЗГП, развивающихся в одном направлении с последующим образованием деформационных полос. Последние являются результатом кооперации ЗГП с другими механизмами деформации - дислокационным движением и диффузией .

На стадии стабильного течения происходит развитие определенного количества деформационных полос разных направлений. г. ростом удлинения происходит распространение деформации в новые области. С одной стороны, осуществляется включение в процесс кооперации новых, ранее не участвовавших в нем зерен. С другой стороны, исключаются зерна, по тем или иным причинам, ставших "тормозом" для развития направленной локализованной деформации в полосе. В таких зернах происходят процессы"релаксации. После чего зерна становятся готовы»и К-новым взаимодействиям с другими зернами, чтобы рой-ти в ансамбль зерен, образующих другую деформационную полосу. Моч.но предположить, .что при данной скорости деформации общее ко-

личество деформационных полос остается, постоянным, а, соответственно, че изменяется и напряжение течения на II стадии деформации.

В следующем подразделе обсужд нк общие представления оС> относительном перемещении частей материала в условиях сверхпластической деформации.

На рис.1 представлена схема сверхпластической деформации, в соответствии с которой может происходить перемещение зерен на большие расстояния без изменения формы в результате тесной взаимосвязи с другими зернами. Развитие деформационных полос приводит к разбиению материала на объемные конгломераты зерен (отмечены 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5). В ходе деформации происходит перемещение таких групп зерен как самостоятельных структурных элементов

I

на значительные расстояния. Это и обеспечивает накопление больших

деформаций. При этом осуществляется вращение групп зерен как целого (наибольшее у группы 3-3). Приспособление к 9 внешним напряжениям группы

зерен имеет большее число степеней свободы, чем индивидуальных зерен. Это - либо вращение, либо деформация !

Рис 1. Схема перемещения группы зерен как целого. По-

групп зерен.

следняя может быть деформацией сжатия (1-1, 2-2, 4-4, 5-5) или растяжения (3-3). Важно, что с позиций перемещения групп зерен становится возможным объяснение факта сохранения равноосной формы зерен при больших удлинениях.

Сравнительный анализ новых теоретических работ, посвященных созданию модели СП, в которых сделана попытка учета неоднородного характера развития СП, показал, что з настоящее время ощущает--

ся острый недостаток экспериментальных данных об особенностях проявления деформации за счет сдвига по деформационным полосам. Разные .¡вторы понятие деформационной полосы, как правило, определяют с традиционных позиций микроуровня и рассматривают лишь несколько соседствующих зерен. Вероятно, практически все известные модели СП в той или иной мере реализуются в пределах деформационной полосы. Для их доработки осталось только изменить масштаб видения процесса СП и перейти на уровень мезоскопического сдвига.

Предложенная схема перемещения групп зерен за счет развития деформационных полос в условиях СП представлена как возможная основа модели сзерхпластической деформации.

ВЫВОДЫ

1. В работе применены новые и оригинальные методики:

а) методика наблюдения за большим ансамблем зерен на разных масштабных уровнях, позволившие получить принципиально новые результаты ;

б) использовали специальный режим РЭМ, который заключается в снижении ускоряющего напряжения, что позволило улучшить контраст между исходной и "новой" поверхностью, появляющейся в ходе деформации ;

• в) использована методика чанес( ния угольной пленки на исходную поверхность,что позволило достоверно отличить исходную поверхность от "новой", появляющейся в ходе СПД;

г) применена методика прицельной съемки больших зеренных панорам.

2. Экспериментально показано, что сверхпластичность сплава 7,11 - 22% AI начинается с кооперированного сдвига по поверхностям локализованной деформации, проходчщих через объем материала Это явление получило назваьие кооп "рированного ЗГП Формирование ! • игнорированного ЗГП требует Her. гмвного повышения напряжения

течения, что обуславливает первую (I) стадию кривой растяжения.

3. При переходе к стадии стабильного течения происходит объединение поверхностей кооперированного ЗГП г< деформационную полосу, в которой взаимосвязано участвуют известные деформационные механизмы - ЗГП, дислокационное движение и диффузия.

4. В процессе деформации идет расширение, удлинение деформационных полос и образование новых, что обеспечивает устойчивость течения до больших степеней деформации.

5. Вклад полос в зависимости от условий нагружения составляет около 90% общего удлинения образца.

6. Накопление числа зерен вдоль оси растяжения и его умень- , шение в поперечном направлении обеспечивается сложным относительным смещением, вращением и деформацией больших групп зерен. Внутри групп зерен наблюдается незначительная деформация, которая носит аккомодационный характер. Подобный способ аккомодации имеет больше возможностей по сравнению с аккомодацией отдельных зерен.

7. Число и пространственная ориентация деформационных полос зависят от скорости нагружения. При малой скорости для течения материала достаточно ограниченного числа полос с минимальными напряжениями. С увеличением скорости возникает необходимость- в добавлении числа полос за счет увеличения приложенных напряжений.

8. Анализ полученных структурных особенностей развития СП показал, что традиционные методики расчета "вкладов различных механизмов р общее удлинение не учитывают мезоскопическую неоднородность развития процесса деформации и, соответственно, приводят к некорректным результатам

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1 Валиев Р.З , Дудина С Н , ООрачцова И С И'-'-ледорчи;?.■

внутричерепной деформации в пворхпла ■ ¡'¡'.•¡ноу - ДГ

/ ФММ- 1985 -Т.60- No6— С.1217-1222.

2.Валиев Р.З., Дудина С.Н., Зелин М.Г. Повороты и перемещения зерен щ*:: деформации металлов в условиях сверхпластич-' ности / В темат. сб. "Теоретическое и экспериментальное исследование дисклинаций" - Ленинград - 1986 - С.

3.Астанин В.В., Кайбыщев О.А., Фаизова С.Н. О природе деформационных зон / ДАН - 1991 - Т.319 - No6 - С.1366-1369.

4.Astanin V.V., Kaibyshev О.A., Faizova S.N. Cooperative Grain Boundary Sliding under Superplastic Flow / Scr.

Met. - 1991 - V.25 - Nol2 - P.2663-2668.

5.Astanin V.V., Kaibyshev O.A., Faizova S.N. Observation of the Cooperative Grain Boundary Sliding During Superplastic

Deformation in Zn - 22% A1 IUMRS-ICAM-93 - Japan - 1993.

6.Astanin V.V., Kaibyshev O.A., Faizova S.N. The Role of Deformation Localization in Superplastic Flow / Acta Met.

- 1994 - V.42 - N68 - P.2617-2622.

8. А.с. Ncl448494. Дудина C.H., Колечкин Ю.К., Ефимов О.Ю., Валиев Р.З. / Способ изготовления деталей с бокозыми отростками .