Микроструктура и температурная аномалия деформирующего напряжения интерметаллида TijAl тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ6 од

0 3 ФЁВ 1997

ПАНОВА Елена Валерьевна

МИКРОСТРУКТУРА И ТЕМПЕРАТУРНАЯ АНОМАЛИЯ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Т13А1

О1.04.07 - Физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург 1997

Работа выполнена в отделе прецизионной металлургии Института физики металлов Уральского отделения РАН.

Научные руководители: профессор, доктор физико-математических наук

Гринберг Белла Александровна; профессор, доктор физико-математических наук

Романов Евгений Павлович

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических

наук

Попов Артемий Александрович; доктор физико-математических наук

Добромыслов Аркадий Васильевич

Ведущая организация: Уральский государственный университет им. А.М. Горького ( г. Екатеринбург )•

Защита состоится 14 февраля 1997 г. в 12 часов на заседании Диссертационного совета К 002.03.01 в Институте физики металлов УрО РАН (620219, г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С.Ковалевской, 18).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН .

Автореферат разослан 14 января 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат физико-математических наук В.Р. Галахов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Алюминиды титана относятся к перспективным материалам, поскольку они являются основой создания промышленных сплавов, получивших широкое использование в авиации, энергетике, современной космической технике. Дальнейшее развитие их промышленного производства требует системного подхода и предполагает фундаментальные исследования данных интер-металлидов. Т13А1 относится к соединениям, которые имеют в виду в первую очередь при разработке научных программ, связанных с созданием новых современных материалов. Для монокристаллического Т13А1, как было обнаружено недавно, характерен эффект термического упрочнения; изучение аномальной зависимости деформирующего напряжения связано с выявлением особенностей дислокационной структуры и механизмов дислокационных превращений.

При разработке новых сплавов как систем металлов, обнаруживающих высокие прочностные и пластические свойства, большое внимание уделяется не только исследованиям их "интерметаллической" составляющей, но и современным методам создания соединений. Новое перспективное направление получения интерметаллидов открывает использование ударно-волнового воздействия, сочетающего сверхвысокие давления и значительные температуры. Этот метод позволяет создавать неравновесные структуры, обеспечивая уникальные возможности улучшения прочностных и пластических свойств.

Синтезированные вг-' настоящем исследовании ' методом сферического ударно-волнового сжатия структуры на основе Т| и А1 нуждаются в изучении. В связи с перспективностью и уникальностью данного метода синтеза интерметаллидов и необычными свойствами полученных материалов данная часть исследования также носит актуальный характер.

Цель и задачи работы. Цель настоящей работы состоит в экспериментальном исследовании аномальной температу рной зависи-

мости предела текучести сту(Т) монокристаллического Ti3Al и е£ объяснении на основании анализа устойчивости дислокационных конфигураций, а также в изучении гексагональной фазы TijAl, входящей в состав синтезированных при ударно-волновом воздействии интерметаллидов на основе Ti и Al.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:

1. Выявить особенности геометрии скольжения, свойственные монокристаллическому Ti3Al в случае аномалии оу(Т).

2. Исследовать эволюцию дислокационной структуры монокристаллического Ti3Al при деформации в области температур от комнатной до температуры пика, что определяет поведение де формирующего напряжения.

3. На основе экспериментальных данных представить воз можную интерпретацию эффекта термического упрочнения монокри сталлов TÍ3AI исследуемых ориентации, а также их низкотем пературной хрупкости.

4. При изучении структуры синтезированных методом ударной воздействия интерметаллидов на основе Ti и Al, установит! возможные причины их упрочнения.

Научная новизна полученных в диссертации результате! заключается в следующем:

1. Впервые на основании эксперимента получены до казательства существования положительной температурно! зависимости предела текучести для монокристаллов TijAl npi деформации сжатием вдоль направлений, которые образуют с осью i углы 18-32°. Анализ экспериментальных данных относительна геометрии скольжения позволил выделить область ориентаци1 монокристаллов Ti3Ai в пределах 32° от направления [0001], npi которых наблюдается температурная аномалия сту при скольжении п< плоскостям пирамиды 1-го и 2-го рода в направлении 2с+а.

2. Изучена эволюция дислокационной структуры монокри сталлов Ti3Al, ориентация которых способствует скольжению ni плоскостям пирамиды 1-го и 2-го рода, после деформационны: испытаний в температурном интервале, соответствующем поло жительному ходу кривой ау(Т). Впервые для монокристаллическогс

Ti3Al был осуществлен эксперимент по наблюдению дислокационной структуры ¡л situ при нагреве в колонне электронного микроекопа. Обнаружено, что 2с+а сверхдислокации винтовой ориентации, наблюдаемые впервые, и оверхдислокации с вектором Бюргерса того же типа краевой ориентации, являются заблокированными от комнатной температуры до 650 °С, и вместе с тем, процессы их разблокировки протекают по-разному.

3. Экспериментально в монокристаллах TijAl одновременно наблюдались хрупкие и испускающие дислокации трещины. Определён тип дислокаций, за счёт которых происходит реаксация напряжений в вершине трещины при образовании пластической зоны : а и 2с+а ( смешанной ориентации ) сверхдислокации соответственно в плоскостях призмы и пирамиды I -го рода

4. Получена метастабильная неравновесная фаза Ti3Al при синтезе методом ударно-волнового воздействия интерметаллидов состава Ti-25 ат.% А1 и Ti -50 ат.% А1. На основании изучения микроструктуры предложено объяснение причин необычно высокоЯ микротвёрдости синтезированных интерметаллидов.

Научная и практическая ценность работы

Полученные в исследовании результаты позволяют представить возможное объяснение температурной аномалии предела текучести монокристаллического Ti3Al ц вносят определённый вклад в решение проблемы низкотемпературной хрупкости этого интерметаллида. Изучение неравновесной фазы Ti3Al, синтезированной при импульсном воздействии, предпринятое впервые, представляет несомненный научный интерес.

Решение исследовательских задач, поставленных в работе, даёт возможность сформулировать основные направления дальнейших исследований интерметаллида TijAl и может" лежать в основе разработки новых программ создания перспективных сплавов, в состав которых входят алюминиды титана. Рассмотренные в работе вопросы относительно особенностей деформационного поведения и микроструктуры Ti3Al могут быть учтены при разработке способов упрочнения промышленных сплавов на основе сь-фазы.

На защиту выносятся

1. Определение действующих систем скольжения в процессе пластической деформации монокристаллов "П3А1.

2. Результаты исследования эволюции дислокационной структуры монокристаллического Т13А1 при температурах аномального хода предела текучести.

3. Обнаружение одновременного существования хрупких и испускающих дислокации трещин в монокристаллах "П3А1.

4. Результаты анализа микроструктуры и свойств Т^А!, синтезированного методом ударно-волнового сжатия.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзном семинаре " Структура и свойства алюминидов титана" ( Москва, 1991 г. ), VI Семинаре " Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов " ( Екатеринбург, 1993 г.), Международной конференции " IV Забабахинские научные чтения " ( Снежинск Челябинской обл., 1995 ).

Стр\ктура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 164 страницах, содержит 47 рисунков, 10 таблиц и библиографию из 101 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается, актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования и указаны основные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературных данных. В двух разделах данной главы дан краткий очерк общих представлений об интерметаллиде Т^А! с точки зрения перспективности этого соединения для использования в качестве основы создания промышленных сплавов. Т13А1 демонстрирует высокие удельные значения прочности, жесткости и сопротивления ползучести, успешно противостоит окислению при высоких температурах. Вместе с тем, Т1зА1 обнаруживает отсутствие пластичности от комнатной

температуры до 600 °С, что сдерживает его техническое применение.

В следующем разделе обращается внимание на новый метод синтеза интерметаллидов при ударно-волновом воздействии, используемый в настоящем исследовании. Импульсное деформирование отличает сочетание высоких давлений и температур, что даёт основание надеяться на синтез новых метастабильных структур и фаз. При подобном воздействии на исходные порошковые материалы происходит гетерогенная деформация, обусловленная высокими скоростями и малыми временами нарастания динамической нагрузки. Применение метода ударно-волнового сжатия оказалось эффективным для получения неравновесного состояния интерметаллидов на основе П и А1 благодаря значительным температурным градиентам, возникающим в системе и вызывающим быстрое закаливание материала.

Далее представлены описание типов дислокаций в сверхструктуре Э0|9 и обзор экспериментальных данных относительно температурных аномалий деформирующего напряжения упорядоченных сплавов с данной структурой. Целый ряд исследований позволяет утверждать, что для поликристаллического Т13А1 основная система скольжения - а дислокации на призматических плоскостях, именно с данной особенностью морфологии скольжения связана ограниченная пластичность этого интерметаллида в диапазоне температур от комнатной до 700 °С. Активность дислокаций с с компонентой обусловливает повышение пластичности Т13А1.

Монокристаллический Т13А1, для которого недавно впервые была обнаружена аномальная температурная зависимость предела текучести, относится к сплавам со сверхструктурой 00|9, для которых пик на кривой ау(Т) расположен существенно ниже температуры упорядочения и поэтому не связан с этим процессом. Пик сту(Т) наблюдался [Л1, Л2] при сжатии монокристаллов Т|3А1 вдоль направления с ( [0001] ) ; при этом характерно скольжение по плоскости пирамиды 1 -го рода в направлении 2с+а.

В заключительном разделе вводной главы показано, что для монокристаллического Т13А1 температурная аномалия оу(Т) определяется термически активируемыми переходами сверхдислокаций из скользящей конфигурации в сидячую. При этом возможны дисло-

кационные механизмы пластической деформации, связанные с многодолинным рельефом Пайерлса и с перерасщеплением дислокаций.

Во второй главе описаны способы приготовления и аттестации образцов и методы исследования. Монокристаллы "П3А1 были выращены методом зонной плавки в вакуумной электронно-лучевой печи; затем осуществлялся их гомогенизационный отжиг в атмосфере Аг. Химический анализ показал, что для исследуемых монокристаллических образцов со,г ^ржание А1 составляет 28,9 ат.%.

Для синтеза материалов методом ударно-волнового сжатия использовали чистые аттестованные порошки титана и алюминия с размером частиц менее 63 мкм в следующих соотношениях : для первого образца - 25 ат. % А1 и 75 ат. % Т», для второго образца - 50 ат. % "Л и 50 ат. % А1. Использовалась квазисферическая схема нагружения: порошки помещали в шарообразную капсулу сохранения, нагружение осуществляли в 12 точках, на границе пористой среды со стальной оболочкой давление составило 50 ГПа. Сохранённые образцы имели форму шара диаметром около 15 мм, в центре их вследствие кумуляции энергии образовывалась полость неправильной формы.

Монокристаллические образцы' Т^А1 были деформированы сжатием до разрушения на ШБТЯОЫ со скоростью деформации 1,4-10"4 с"1 при комнатной температуре, 400° и 600 °С. Оси сжатия исследуемых образцов составляют 18-32° с направлением [0001]; деформация до разрушения составила 3,2-5,9 %. Наиболее полно была исследована серия' образцов, для которых ось сжатия составляет угол 22° с осью с.

Для характеристики механических свойств синтезированных методом ударно-волнового сжатия образцов состава Т13А1г и Т1А1 измеряли микротвёрдость; данные измерения проводили с помощью микротвердомера ПМТ-3 методом вдавливания алмазного наконечника.

Структурные исследования осуществляли методами оптической микроскопии ( на микроскопе ЫЕОРНОТ ), сканирующей элек-1ронной микроскопии и микроанализа ( на микроскопах ЙМ-Ш и ^ХА-733 ) и рентгенодифрактометрии ( на аппарате ДРОН-ЗМ в мо-нохроматизированном СиКа излучении ). Электронно-микроскопи-

ческое исследование фольг на просвет ( ТЭМ-исследование ) осуществляли на электронном микроскопе JEM-200CX при ускоряющем напряжении 200 кВ.

При исследовании дислокационной структуры Ti3Al использовался метод g b анализа. Вектора Бюргерса определялись по известной методике погасания дислокационного контраста при двухлучевом приближении. При определении направления линий дислокаций использовались методы проектирующих плоскостей и сравнения проекций. Для -обработки экспериментальных даннных были разработаны программы по. расшифровке электронограмм, расчёту линий дислокаций с использованием компьютера. Описание метода определения плоскости трещины по направлениям её проекций и расстояниям между проекциями линий пересечения этой плоскости и верхней и нижней плоскостями фольги на электронно-микроскопических изображениях в заданном сечении обратной решетки представлено в приложении.

Третья глава посвящена изучению температурной аномалии деформирукЛцего напряжения монокристаллического Ti3Al.

Ориентации исследуемых образцов находятся в пределах 1832° от [0001] в стандартном стереографическом треугольнике; в данной области находятся ориентации, благоприятные для скольжения по плоскостям пирамиды 1-го и 2-го рода - {2201} и {1121}. Различие между величинами факторов Шмида f для этих двух систем не столь значительно, чтобы можно было однозначно говорить о преобладании скольжения по плоскости пирамиды 1-го или 2-го рода. Следует отметить, что в каждом случае для системы {2201}<1216> величина fнаибольшая.

Сравнивая значения ау, полученные для образцов Ti3Al выбранных ориентации, испытанных при комнатной температуре, 400° и 600 °С, можно отметить, что в данном случае наблюдается положительная температурная зависимость предела текучести. В нашем исследовании наиболее представительные результаты измерений (уу получены для серии образцов, ось сжатия которых составляет 22° с направлением [0001]. При комнатной температуре среднее значение предела текучести достигало 1013 МПа, при 400 °С средняя величина сту составила 1540 МПа. В целом очевидно, что в

настоящем исследовании значения оу соответствуют ходу положительной зависимости оу(Т), полученной японскими исследователями 1Л1.Л2].

Анализ экспериментально наблюдаемых следов скольжения свидетельствует о том, что деформация монокристаялического И3А1 в случае исследуемых ориентации при комнатной температуре происходит путём скольжения по плоскости пирамиды 1-го рода в направлении <2с+а>. При 400° и 600 °С деформация осуществляется скольжением по плоскости пирамиды 1-го и 2-го рода. При этом для системы {2201}<1216> следы скольжения часто выглядели грубыми по сравнению с дисперсными следами, соответствующими системе {11 21}<1 126>.. Скольжение по первой системе часто концентрировалось в полосах сдвига, образуя некоторое количество больших ступенек на поверхности. >

При исследовании зависимость сгу(Т) монокристаллов Т13А1 [Л1-Л4] отмечалось, что пик предела текучести связан со скольжением {1121 }<Т 126> в случае ориентации оси сжатия вдоль [0001]. При этом подчёркивалось, что при отклонении от направления с температурная аномалия исчезает, поскольку начинает действовать призматическое скольжение. По мнению Б.А. Гринберг [Л5], призматическое скольжение, играя роль "лёгкого канала", препятствует действию других систем скольжения. Включение "лёгкого канала" во время пластической деформации приведёт к исчезновению температурной аномалии предела текучести. Как отмечалось ранее, эту роль призматическое скольжение начинает играть при значениях Т больше 0,2.

Полученные, в данном исследовании значения оу для монокристаллов Т13А1 также свидетельствуют о положительной зависимости оу(Т). При этом ориентации осей сжатия образцов таковы, что скольжение осуществляется за счёт действия пирамидальных систем {2201}<1 216> и {11 21 }< 1 126>. Действие призматического скольжения {1 Т00}<11 20> исключено, поскольку для подобной системы Г у исследуемых образцов менее 0,12.

Эта особенность скольжения, обнаруженная впервые для выбранных направлений осей сжатия деформируемых образцов, позво-ляег выделить для монокристаллов Т13А1 область ориентации в пре-

делах 32° от направления [0001] , для которых "лёгкий канал" не действует в силу того, что f для системы {1100}<1120> не превышает значения 0,2. При ориентациях в пределах данной области наблюдается аномалия оу(Т) при скольжении по плоскостям пирамиды 1-го и 2-го рода в направлении <2с+а>.

ТЭМ-исследование позволило выявить особенности дислокационной структуры монокристаллического Ti3Ai после испытаний на сжатие при комнатной температуре. Наблюдались семейства протяжённых прямолинейных сверхдислокаций типа 2с+а, имеющих винтовую ориентацию. После деформации монокристаллического TijAl при температурах, соответствующих положительному ходу зависимости предела текучести, электронно-микроскопическое исследование также продемонстрировало типичные прямолинейные сегменты 2с+а сверхдислокаций. Отличительная черта дислокационной структуры монокристаллического T13AI после деформации при 400° и 600 °С - наличие 2с+а сверхдислокаций краевой или близкой к ней ориентации.

ТЭМ-исследование даёт возможность отметить, что в области аномальной зависимости ау(Т) наряду с деформацией, определяемой системой {2201 }<1216>, действующей уже при комнатной температуре, происходит скольжение в плоскостях {1121}, и дислокационная структура содержит соответственно краевые 2с+а сверхдислокации. Подобные наблюдения лежат в основе представлений о причинах аномального подъёма сту с температурой у монокристаллов Ti3Al, ориентации которых составляют 18-32° с направлением [0001].

Исследование in situ дислокационных конфигураций монокристаллического TijAl при нагреве в колонне электронного микроскопа позволило установить их српвнительную термоустойчивость к напряжениям в фольге. Эти данные представляют большой интерес для обсуждения механизмов блокировки сверхдислокаций и объяснения аномалии температурной зависимости предела текучести этого интерметаллида при пирамидальном скольжении. В ходе данного эксперимента было установлено, что сверхдислокации с Ь=1/3<1126> являются заблокированными как в краевой, так и в винтовой ориентациях в интервале температур от комнатной до

650 °С. При этом до разблокировки 2с+а сверхдислокации краевой ориентации остаются прямолинейными. Винтовые сверхдислокации с вектором Бюргерса того же типа во время нагрева до 650 °С и выдержки при этой температуре изменили свою конфигурацию, после подобных изменений остается система петель. Такой результат может свидетельствовать о том, что движение отдельных сегментов дислокаций после разблокировки происходит в различных плоскостях скольжения.

ТЭМ-исследования позволяют сделать вывод о том, что блокировка краевых 2с+а дислокаций в плоскости пирамиды 2-го рода связана с многодолинным рельефом Пайерлса, в то время как блокировка винтових 2с+а дислокаций в плоскостях пирамиды 1-го рода - возможно, с их перерасщеплением.

При исследовании микропроцессоа разрушения обнаружено, что для монокристаллического Т13А1 характерны как хрупкие, так и испускающие дислокации трещины. Определён тип дислокаций, за счёт которых происходит релаксация напряжений в вершине трещины при образовании пластической зоны : а и 2с+а ( смешанной ориентации) сверхдислокации соответственно в плоскостях призмы и пирамиды 1-го рода. Высказывается предположение о корреляции между направлением хрупких трещин и направлениями, в которых, лежат глубокие долины Пайерлса.

В четвёртой главе представлен анализ новых гетерофазных структур, содержащих фазу Т13А1. Проведено исследование структуры образцов составов Т1-25 ат. % А' и 11-50 ат. % А1, •полученных методом сферического ударно-волнового сжатия.

Обнаружено ( при использовании рентгеновских методов ), что при синтезе интерметаллида Ть25 ат. % А1 образуется неравновесная гексагональная фаза с невысокой степенью дальнего порядка состава Т13А1, которая содержит малую объёмную долю мелкодисперсной ОЦК-фазы.

При синтезе сплава Т)А1 также образуется обсуждаемая выше гексагональная слабо упорядоченная фаза Т13А1. Помимо неё обнаружены у-фаза с чётким тетрагональным расщеплением структурных линий на рентгенограммах и, предположительно, фаза, с высоким содержанием железа. Подобный результат не противоречит данным,

приведённым в работе [Лб], - для полученных аналогичным :пособом образцов в системе Т1-50 ат.% А1 отмечалось сосуществование двух фаз Т13А1 и Т1А1.

Образование дендритной структуры при кристаллизации, которая наблюдается в настоящем исследовании при использовании методов оптической и сканирующей электронной микроскопии, зозможно в обоих образцах^ как в 'П-25 ат.% А1, так и в 11-50 ат.% А1. Цля этого необходимо сильное переохлаждение расплава. Последнее, з свою очередь, определяется концентрацией химических элементов эбразцов и наличием примесей, высокими скоростями кристаллизации и большой шириной двухфазной области "жидкость ^ твердое тело" (т.е. разностью концентраций Сж-Ст), а также эольшим температурным градиентом. _ Все выше перечисленные условия обеспечиваются особенностями диаграммы состояний ;истемы ТьА1 и особенностями применяемого метода синтеза.

Однако, в случае образца Т1-25 ат.% А1 сначала кристаллизуется ОЦК р-фаза, имеет место дендритная кристаллизация с образованием осей первого порядка. Затем при дальнейшем охлаждении происходит фазовое превращение из р-фазы в неупорядоченную ^ слабо упорядоченную ) гексагональную фазу состава Т13А1, имеющую, как и агфаза, пластинчатое строение. В результате этого превращения должна происходить фазовая перекристаллизация, юэтому появляется структура из овальных зерен с наличием стыков п трех границ, но сохраняющая возникшую при кристаллизации зытянутость зерен по радиусам сферического образца.

Наличие дендритной структуры образца Ть50 ат.% А1 указы-зает на его явное расплавление при синтезе и последующую кри-:таллизацию. Присутствие длинных стреловидных дендритов лзидетельствует о больших скоростях роста кристаллов, чта, в ;вою очередь, вызывается очень сильным переохлаждением расплава.

Замеченная при микроанализе тенденция нарастания к центру образца железа, как можно предположить, является причиной измельчения дендритной стуктуры в этом же направлении. Кроме гого, наличие этого элемента в дендритных кристаллах н по их цироким границам, по-видимому, свидетельствует о возникновении ювой фазы на основе титана, алюминия и железа. Именно с данным

13

фактом можно связать присутствие на рентгеновских дифракто-граммах нерасшифрованной до настоящего времени системы линий.

В задачу дальнейшего электронно-микроскопического исследования входило определение структурного состояния фаз. Наблюдаемая монолитная а2-фаза, входящая в состав синтезированного образца Т»-50 ат. % А1, имеет вихревую доменную структуру. Вместе с тем обнаружена необычная, мелкая ламельная структура ( 50 нм ), в состав которой, помимо обогащенной железом фазы, входит упорядоченная оь-фаза в виде тонких пластин.

В синтезированном сплаве Л-25 ат. % А1 наблюдается ламельная структура гексагональной фазы с двумя размерами пластин. Тонкие пластины образуют "баскет"-структуру. Наблюдение мелких равноосных доменов размером ~30 нм внутри крупных пластин свидетельствует об упорядочении. При ТЭМ-нСследоваиии в гексагональной фазе наблюдались неконсервативные антифазные границы, скопления дислокаций и отдельные дислокации, некоторые из них являются заблокированными.

В настоящем исследовании обнаружено, что микротвёрдость синтезированных материалов составов Т1А1 и Т|3А1 значительно превышает величину этой характеристики для аналогичных монокристаллов и образцов, полученных обычными методами ; её значения составляют 4200 и 4800 МПа соответственно. ч

При ударно-волновом воздействии наблюдалось явление проникновения железа из стенок камеры сохранения в образец. Анализ полученных результатов показал, что данный процесс играет определённую роль в создании структуры синтезируемых интер-металлидов и их свойств. При проникновении железа в образцы во время синтеза происходит своего рода дополнительное легирование; это может быть в дальнейшем использовано для придания получаемым соединениям необычных физических и механических свойств.

Одной из причин повышения микротвёрдости сплавов Т1-25 ат.% А1 и Ть50 ат.% А1 можно считать двухфазные и трёхфазные состояния синтезированных образцов. Второй причиной, по-видимому, является отклонение от стехиометрии, которое возникав! благодаря образованию двухфазных и трехфазных состояний. Прк

отклонении состава интерметаллида "ПА1 от стехиометрического структурные вакансии не возникак/Т, а происходит замещение вакантных мест избыточными атомами "П или А1. Благодаря разнице их атомных размеров, в решетку интерметаллида вносятся определённые искажения. Определённую роль играет присутствие неравновесных фаз, в том числе гексагональной фазы состава И3А1.

Большой вклад в повышение микрогвёрдости синтезированных образцов должна вносить мелкодисперсная и мелкопластинчатая структура фаз. Предполагается, что немаловажную роль в увеличении значений микротвёрдости играют дефекты кристаллического строения, присущие гексагональной фазе "П3А1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При исследовании интерметаллида Т13А1, осуществлённого с помощью просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и микроанализа, рентгенодифрактометрии и оптической микроскопии, были получены следующие результаты :

1. Температурная аномалия деформирующего напряжения монокристаллов Т1ЭА1 впервые обнаружена при отклонении от с ориентации в пределах 32°. Анализ геометрии скольжения позволяет выявить скольжение по плоскостям пирамиды 1-го. и 2-го рода -{2201}

и {11 2 I}, в направлении 2с+а.

2. При ТЭМ-исследоааниях эволюции дислокацифжой структуры, в том числе наблюдениях т л-у/г/, показано, что в области аномальной температурной зависимости предела текучести <ту(Т) для мог кристаллического Т13А1 после деформации характерны заблокированные сверхдислокации с вектором Бюргерса Ь=1/3<11 26>, имеющие винтовую и краевую ориентации.

3. Термическое упрочнение монокристаллического Т13А1 обусловлено как блокировкой краевых 2с+а сверхдислокаций в плоскостях пирамиды 2-го рода при переходе в глубокие долины Пайерлса, так и блокировкой винтовых сверхдислокаций с вектором Бюргерса того же типа в плоскостях пирамиды 1-го рода, возможно, в результате образования барьеров типа "крыши".

4. При изучении особенностей разрушения монокристаллов Ti}Al наблюдались хрупкие ( раскалывающие ) и испускающие дислокации трещины. Образ<эвание пластической зоны при скольжении а дислокаций в призматических плоскостях {11D0} и 2с+а дислокаций смешанной ориентации в плоскостях пирамиды {2201} обеспечивает релаксацию напряжений в вершине трещины и её затупление.

5. Неравновесное ( отклонение от стехиометрии, пониженный порядок ), мелкокристаллическое состояние с различными дефектами гексагональной фазы Ti3Al отвечает за высокую микротвёрдость синтезированных методом сферического ударно-волнового сжатия интерметаллидов состава Ti-25 ат.% Al и Ti-50 ат.% Al.

Основные результаты, составляющие содержание диссертационной работы, изложены в публикациях:

1. Е.В. Панова, Л.Е. Карькина, Е.П. Романов. Особенности пластической деформации монокристаллов Ti3Al. - ФММ, 1993, т. 75, вып. 4, с. 166-175.

2. Е.В. Панова, Л.Е. Карькина, Е.П. Романов. Особенности дислокационной структуры монокристаллического Ti3Al после механических испытаний. И IV Семинар " Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов " : Тез. докл., ч. 2. Екатеринбург, 1993, с. 181.

3. Е.В. Панова, JI.E. Карькина, Е.П. Романов. Дислокационная структура монокристаллического Ti3Al после механических испытаний. // II Международная школа-семинар " Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах " : Тез. докл. Барнаул, 1994, с. 47-48.

4. Е.В. Панова, Е.П. Романов, Л.Е. Карькина. Изменение дислокационной структуры монокристаллического Ti3Al с температурой. -ФММ, 1995, т. 80, вып. 3, с. 164-173.

5. E.V. Panova and L.E. Karkina. Specific features of plastic deformation of TijAl single crystals.// Proc. of ASM/TMS Materials Week'95. Cleveland, Ohio, USA, 1995, p. 69,96

6. L.E. Karkina and E.V. Panova. Dislocation structure of plastically deformed Ti3Al single ciystals. // Proc. of ASM/TMS Materials Week'95. Cleveland, Ohio, USA, 1995, p. 68,96

7. Т.С. Бояршинова, Б.А; Гринберг, Е.В. Панова, Р. Прюммер, В.И. Беляков, В.И. Бузанов, А.И. Ткаченко, Е.В. Шорохов. Анализ гетерофазной стуктуры интерметаллида Tt3Al, синтезированного при сферическом ударно-волновом обжатии. // Международная конференция " IV Забабахинские научные чтения ": Тез. докл. Снежннск, Челябинская обл., 1995,с. 222.

8. Б.А. Гринберг, О.В. Антонова, Т.С. Бояршинова, С.В. Сударева, Е.В. Панова, Е.В. Шорохов. Анализ гетерофазных стуктур интерметаллидов Ti3AI и TiAl, синтезированных методом сферического ударно-волнового сжатия. // Ежегодная научная сессия ИФМ УрО РАН : Тез. докл.Екатеринбург, 1996, с. 34.

9. Е.В. Шорохов, Б.А. Гринберг, Т.С. Бояршинова, С.В. Сударева, В.И. Бузанов, Е.В. Панова, Е.П. Романов. Анализ гетерофазных стуктур интерметаллидов Ti3Al и TiAl, синтезированных методом сферического ударно-волнового воздействия. 1. - ФММ, 1997, т. 83 в печати.

ЛИТЕРАТУРА

Л1. Minonishi Y., Yoo М.Н. Anomalous temperature dependence of the yield stress of TijAI by {1121 }<T T26> slip. - Phil. Mag. Lett., 1990, v. 61, N4, p. 203-208.

Л2. Umakoshi Y., Nakaao Т., Takenaka Т., Sumimoto K., Yamane T. Orientation and temperature dependence of yield stress and slip geometry of Ti3Al and Ti3Al - V single crystals. - Acta Metall. Mater., 1993, v. 41, N4, p. 1149-1154.

ЛЗ. Minonishi Y. Plastic deformation of single crystals of Ti3Al with DO19 structure. - Phil. Mag. A, 1991, v. 63, N 5, p. 1085- 1093.'

Л4. Minonishi Y., Otsuka M., Tanaka K. Orientation and temperature dependence of deformation of Ti3AI single crystals. - In: Proc. of International Symposium on Intermetallic Compounds Structure and Mechanical Properties, Sendai, Japan, 1991, p. 543-546.

Л5. Гринберг Б.А., Иванов M.А.Доминирующие дислокационные превращения и температурная зависмость деформирующего напряжения в интерметаллидах. - ФММ, 1994, т. 78, вып. 3, с. 3-32.

JI6. Kochsiek D., Prummer R., Brunold A. Synthesis of intermetallic aluminides by explosive reaction pressing. - Metal lwissenschaft und Technik, 1995, v. 49, N 3, p. 168-172.

ОТПЕЧАТАНО НА РОТАПРИНТЕ ИФМ УрО РАН ТИРАЖ 80 ЗАКАЗ 05

формат 60x84 1/16 объем 0,65 печ.л. 620219 Г.ЕКАТЕРИНБУРГ ГСП-170 ул.С.КОЕАЛЕЕСКОЙ. 18