Пластичность и сверхпластичность сплавов системы кадмий-свинец тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

на правах рукописи

I

! БелянушкинДрександр Владимирович

ПЛАСТИЧНОСТЬ И СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ КАДМИЙ-СВИНЕЦ

специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Мордовского государственного университета имени Н.П.Огарева

Научный руководитель: - к.ф.-м.н., доцент Мальцева Г.К.

Официальные оппоненты: - д.ф.-м.н., профессор Косилов А.Т.

д.ф.-м.н., профессор Свиридов В.В.

Ведущая организация: Тамбовский государственный университет

Защита диссертации состоится " " ЩмЯЗрэ, 1997 г. В " часов на заседании диссертационного Совета Д063.81.01 при Воронежском государс венном государственном техническом университете ( 394026, г.Воронеж, Московский проспект, 14, колференцзал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_"_1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В связи с поисками новых методов получения металлических изделий сложной конфигурации, обеспечивающих повышение коэффициента использования металла, многообещающим в этом смысле для исследователей представляется эффект сверхпластичности (СГ1), заключающийся в способности некоторых металлов и сплавов обеспечивать невероятно высокие степени деформации без разрушения.

Эффект сверхпластичности был обнаружен при определенных условиях деформации на ряде сплавов и установлено, что проявление эффекта сверхпластичности зависит от одновременного действия многих факторов: состава сплава, изменения его структуры в процессе пластического течения, температурно-скоростных условий деформации и прочих факторов.

Эксперименты показали, что сверхпластичность обусловлена стабильным малым размером зерен и наличием в деформируемом материале границ зерен или. фаз в состоянии, характеризующемся особым "активированным" состоянием находящихся в них атомов.

По поводу механизмов СП деформации высказывается немало.предположений, иногда взаимоисключающих. Больше всего споров ведется о роли диффузионного массопереноса и дислокационного скольжения. Чисто феноменологический подход здесь не может дать решения, гак как при наличии ультрамелкозернистой структуры в условиях СГ1 деформации принципиально возможно действие различных механизмов деформации металлов: диффузионной ползучести, зернограничного проскальзывания, дислокационного скольжения и иных сопутствующих деформации процессов. Практически невозможно априори выделить основной механизм или комбинацию механизмов деформации, обеспечивающих сверхпластическое течение. Отсюда проистекает необходимость для создания универсальной (общей) физической теории сверхпластичности проведение подробных, тщательно спланированных экспериментов, направленных на углубление наших знаний по эффекту СП.

Еще в первых экспериментальных работах по сверхпластичности установлена зависимость пластичности бинарных сплавов от состава, что впоследствии неоднократно отмечалось некоторыми исследователями. Несмотря на опытный факт реализации эффекта структурной сверхпластичности лишь в узких интервалах составов, т.е. его локализации по оси концентраций, все существующие теории и гипотезы о природе CII, отводящие 70-80% от общей деформации на счет зернограничного проскальзывания, не придавали ему должного значения. Поэтому можно констатировать,

что роль химического состава в реализации эффекта СП установлена далеко не полностью, а причины его концентрационной локализации не имеют удовлетворительного объяснения в рамках известных теорий. Таким образом, возникает принципиальный вопрос: почему аномально высокая пластичность проявляется только у сплавов строго определешюго состава?

Изложенное определяет актуальность и необходимость получения новых экспериментальных данных, которые помогли бы найти ответ, или, но крайней мере, подойти ближе к пониманию причин концентрационной локализации эффекта СП в сплавах. Поэтому цель настоящей работы состояла в том, чтобы на основе полученных данных при систематических исследованиях различных физических свойств на сплавах системы кадмий-свинец во всем интервале составов выявить причины, обуславливающие , наличие СП состояния у сплавов строго определенного состава..

.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

.1. Исследовать концентрационную зависимость пластичности 8(С) сплавов кадмий-свинец во всем интервале составов при различных температурах.

2. Провести исследования влияния температуры перегрева расплавов перед их кристаллизацией на пластичность.

,3. Исследовать влияние предварительной механической обработки (холодная прокатка, горячая экструзия) на пластичность-при различных , температурах деформирования. '

4. Изучить воздействие некоторых внешних энергетических полей (у-излучение, магнитное;поле)..на пластичность и прочность сплавов исследуемой системы.

5. Определить концентрационную зависимость ряда физико-механических свойств сплавов кадмий-свинец в твердом (твердость, прочность, ползучесть, внутреннее трение, термо-эдс, электросопротивление) и в жидком (термо-эдс) состояниях.

6. На основе полученной экспериментальной информации уточнить модельные представления об эффекте "структурная сверхплайичность

. сплавов" в плане влияния различных факторов на локализацию этого эффекта в определенных точках на оси концентрации и, в частности, выяснения роли химического взаимодействия разнородных атомов в жидком состоянии.

Для решения указанных задач было разработано и изготовлено экспериментальное оборудование и созданы оригинальные установки:

а) установка для исследования поведения материала в условиях статического нагружения, в которой в качестве регистрирующего устройства использован формирователь сигнала положения, включающий в себя квад-рупольную линзу из постоянных магнитов и пленочный датчик Холла;

б) установка для измерения электросопротивления металлических материалов;

в) приставка к разрывной машине для исследования пластического поведения металлов и сплавов в постоянном магнитном поле напряженностью до 7,5 кЭ.

В качестве объекта исследований двойная эвтектическая система кадмий-сштен была выбрана по следующим соображениям:

1. Диаграмма состояния системы является простой диаграммой с эвтектикой (Сё-72 ат.% РЬ) и незначительной взаимной растворимостью.

2. Из литературы известно существование нескольких сплавов, проявляющих сверхпластичность и, что очень важно, находящихся в разных точках интервала концентраций.

3. Легкость механической обработки и невысокие температуры, необходимые для проведения испытаний.

Следует привести еще одитт весьма значимый довод в пользу использования сплавов данной системы. Сверхтшастичность в сплавах кадмий-свинец является структурной сверхпластичностью. В то же время, металлографические исследования показали, что зерна как до, так и после сверхпластической деформации являются равноосными, и их размер практически не меняется. Таким образом, отпадает необходимость анализа влияния зеренной структуры на пластичность.

Научная новизна полученных в работе экспериментальных результатов определяется тем, что в ней впервые для системы кадмий-свинец:

1. Проведено систематическое исследование пластичности литых, предварительно прокатанных и зкетрудированных сплавов во всем интервале составов при различных температурах.

2. Показано сильное влияние различных предварительных механических обработок па пластичность.

3. Обнаружена и исследована связь между пластичностью сплавов и термической обработкой их расплавов перед кристаллизацией.

4. Исследовано воздействие магнитного поля и у-облучения на пластичность.

Па защиту выносятся: 1. Результаты экспериментального исследования пластических свойств системы кадмий-свинец во всем интервале концентраций в литом, прокатанном и экструдированном состояниях, влиянии температуры деформирования и термической обработки расплавов на пластичность.

2. Экспериментальные данные по концентрационным зависимостям физических свойств сплавов (эффективная энергия активации релаксации напряжений, ползучесть, внутреннее трение, твердость, прочность, элек-тросопротивлен ие, термо-эде).

3. Предположение о том, что физической причиной концентрационной локализации эффекта структурной сверхпластичности у сплавов системы кадмий-свинец только определенных стехиометрических составов является микронеоднородность зерновых границ, зависящая от их

состава и унаследованная границами зерен из расплава после его кристаллизации.

Практическое значение результатов работы. Полученные экспериментальные данные о различных физических свойствах сплавов кадмий-свинец в твердом и в жидком агрегатных состояниях могут быть полезными при разработке новых способов управления свойствами и прогнозировании свойств металлических материалов. Эти данные должны учитываться при построении новых и уточнении существующих модельных представлений о явлении структурной сверхпластичности металлов и сплавов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на II, IV Всесоюзных конференциях "Сверхпластичность металлов" (Москва, 1981; Уфа, 1989); П, III Всесоюзных научных конференциях "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа" (Днепропетровск 1982, 1986); X Республиканском совещании по тепловой микроскопии "Структура и свойства металлических материалов в широком диапазоне температур" (Новокузнецк, 1982); 1-ой Всесоюзной научной конференции "Структура и свойства границ зерен" (Уфа, 1983); X, ХП1-ой Всесоюзных конференциях по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1983, Самара, 1992); I, П-ой Всесоюзных конференциях "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов" (Юрмала, 1987, 1990); V, VI Республиканских научно-технических конференциях "Демпфирующие металлические материалы" (Киров, 1988, 1991); Ш Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов" (Москва, 1988); Республиканской научно-технической конференции "Новые материалы и процессы разрушения" (Саранск, 1991); Республиканской конференции по электронным материалам (Новосибирск, 1992); XIV Международной научной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Самара, 1995).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 16 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

В совместных работах автором получены экспериментальные данные, выполнены расчеты и принято участие в обсуждении результатов и подготовке рукописи.

Объем работы.. Диссертационная работа состоит из введения и 4 глав, содержит 136 страниц машинописного текста, включая 50 рисунков и библиографию из 186 наименований.

Основное содержание диссертации.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, определяются цели и задачи исследований, и научная новизна по-

лученных экспериментальных результатов, формулируются основные положения и выводы, выносимые на защиту, а также рассматривается практическое значение работы.

Первая глава является обзорной и посвящена рассмотрению современных представлений о эффекте структурной сверхпластичности металлов и сплавов. Представлен краткий анализ основных теоретических и экспериментальных работ, посвященных этому явлению. Рассмотрены также типы свсрхпластических металлических материалов, критерии и признаки СП состояния, условия и основные закономерности проявления эффекта СП. Значительное место в обзоре отведено рассмотрению паиболсе распространенных моделей и основных механизмов исследуемого явления.

Из приведенных литературных источников следует, что СП является достаточно распространенным эффектом, возникающим во многих металлах и сплавах при наличии определенной (мелкозернистой и равноосной) микроструктуры и в определенных температурно-скоростных условиях деформирования.

Считается, что структурная сверхпластичность не связана с действием какого-то особого, ранее неизвестного механизма пластического формоизменения твердого тела. При сверхпластической деформ;ации действуют те же механизмы, что и при классическом пластическом течении, а именно: диффузионный массоперснос, дислокационное и зернограничное скольжение. Деформация в условиях СП течения отличается лишь особым сочетанием этих известных механизмов обусловленным, главным образом, стабильным малым размером зерна и наличием в деформируемом материале границ зерен или фаз, характеризующихся особым "активированным" состоянием.

Установлено, что эффект СП наблюдается лишь у сплавов строго определенного состава. Однако, роль состава в явлении структурной сверхпластичности, из-за отрывочности и отсутствия систематичности в данных, а также недостаточности объема информации экспериментального характера, не может считаться выясненной. В частости, это относится к вопросу о избирательности проявления эффекта сверхпластичности по отношению к составу сплавов и только в узких интервалах концентрации компонент, причем в различных местах оси концентраций.

Во второй главе рассмотрены методики приготовления и механической обработки образцов, описаны экспериментальные методы измерения таких физико-механических свойств и характеристик сплавов кадмий-свинец, как пластичность(отпосителыюе удлинение), ползучесть, внутреннее трение, твердость, предел прочности, электросопротивление, термо-эде, энергия активации релаксации напряжений, коэффициента скоростной чувствительности. Эксперименты по измерению указанных свойств поводились во всем интервале составов с шагом в 5 ат.%.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования пластичности (йо относительному удлинению) литых, прокатанных и экструдированных сплавов кадмий-свинец во всем интервале составов в области температур от 20 до 200°С при фиксированной скорости деформации.

Приводятся результаты по изучению влияния величины перегрева расплава на пластичность сплавов в твердом состоянии при фиксированных темперахурно-скоростных условиях деформирования.

Исследовано действие предварительного у-облучения, а также постоянного магнитного поля на пластичность. Описываются данные по измерению различных физических свойств (ползучесть, внутреннее трение, тер-мо-эдс, электросопротивление, энергия активации релаксации напряжений) и их зависймости от состава сплава.

' Пластичность. При выбранной скорости одноосного деформирования (¿=5-10"4 с"1) и температуре испытания Т=200°С («0,9ТШ) на кривой концентрационной зависимости относительного удлинения 8(С) обнаружено три максимума, приходящиеся на области концентраций стехиометри-ческого состава Сс1РЬ2; Сс1РЬ и Сс^РЬ.

Относительное удлинение на максимумах превышает 100%, что позволяет говорить о СП состоянии в сплавах данных составов. На это же указывают и результаты измерения коэффициента скоростной чувствительности т, проведенные в тех же условиях.

Предварительные холодная глубокая (на 80%) прокатка и горячая (Т=200^220°С с обжатием 60%) экструзия не оказывают заметного воздействия на вид кривой 8(С). Указанные обработки лишь смещают зависимость 8(С) вверх и увеличивают высоту максимумов. Последние стабильны на оси концентраций, а их высота достигает величин порядка 1000%. (Для первого максимума (А^ «1200%, для второго максимума (Аг) >800% и для третьего максимума (А3) «1000%).

Вследствие того, что на характер кривых 8(С) для прокатанных и экструдированных сплавов предварительная термомеханическая обработка не влияет, следует считать, что все особенности этих кривых предопределены строением и свойствами сплавов в литом состоянии. Одновременно этот факт свидетельствует о том, что природа всех процессов и механизмов, ответственных за СП деформацию также предопределяется особенностями строения литых сплавов этих составов.

Изменение температуры расплава под кристаллизацию приводит к изменению пластичности сплавов в твердом состоянии. Установлено, что чем ниже температура расплава (эксперименты выполнялись для трех тем. ператур расплава - 300, 400 и 500°С), тем выше пластичность у сплавов в областях стехиометрических составов Сё2РЬ; Сс1РЬ и СсЗРЬг. Высота мак-

симумов пластичности возрастает в 1,7-2,3 раза при приближении температуры расплава к эвтектической.

Пластичность прокатанных сплавов под действием у-излучения экс-позициотпюй дозой 104 Р изменяется, главным образом, для сплавов расположенных в средней части всего интервала составов. В наибольшей степени у-облучение оказывает влияние на третий (увеличение примерно па 15%) максимум пластичности А3, приходящийся на состав СсИ'Ьг-

В случае экструдированных ci главой у-облучепие той же дозы и практически таком же действии на третий максимум пластичности (CdPb2), не оказывает заметного влияния ira величину двух других максимумов пластичности, вызывая лишь некоторое сужение максимумов за счет снижения пластичности у сплавов, примыкающих по составу справа и слева ко второму максимуму А2 (область эквиатомного состава CdPb)

Исследования влияния постоянного магнитного поля на пластичность при комнатной температуре показали зависимость 8(С) от величины напряженности. В результате действия магнитного поля напряженностью 7500 Э повышается "степень симметричности" кривой 8(С) относительно эквиатомного состава, а наибольшие изменения пластичности приходятся на области составов СсУ?Ь; CdPb и CdPb2.

Установлено, что при этой-же величине напряженности концентрационная зависимость величины изменения предела прочности ств(С) под действием магнитного поля имеет периодический характер.

Твердость. Измерения твердости литых сплавов кадмий-свинец показали, что на кривой концентрационной зависимости твердости имеется три максимума, различных по высоте: один вблизи эквиатомной концентрации CdPb и два других, расположенных симметрично относительно этого состава.

Ползучесть Исследовалась ползучесть прокатанных сплавов при температуре 200°С и напряжении 0,1 кГ/мм2. Результаты измерения скорости установившейся ползучести, представленные в виде концентрационной зависимости ё(С) показывают, что скорость установившейся ползучести немонотонно зависит от состава. Па кривой ¿(С) выявлено три хорошо выраженных максимума, приходящихся на области составов CdîPb; CdPb и CdPb2.

Энергия активации релаксации напряжений. Рассчитанные значения энергии активации релаксации напряжений (РН) из полученных нами исходных кривых релаксации напряжений при различных температурах для литых и экструдироваппых сплавов с содержанием свинца от 10 до 45 ат.% с интервалом в 5% минимальны в области стехиометрического сос тава Cd2Pb. Обнаруженный минимум на кривой концентрационной зависимости энергии активации релаксации напряжений Н(С) совпадает по соста-

ву с максимумом на кривых 8(С) литых и экструдированных образцов, полученных при температуре деформирования Т=200°С.

■ Значения энергии активации релаксации напряжений значительно меньше, особенно для минимума Н(С) (в 4,5^-5 раз), энергии активации объемной диффузии компонентов сплавов Сс1 и РЬ, диффузии кадмия в свинец и самодиффузии свинца. Столь низкие значения энергии активации РН говорят о том, что в явлении пластической РН существенную роль играют процессы на границах зерен. Это соответствует современным представлениям о том, что основная часть СП деформации связана с зернограничным проскальзыванием, эффективным и ответственным за пластическую релаксацию напряжений.

Внутреннее трение. Внутреннее трение С)"'(С) измерялось в прокатанных сплавов на частоте 1,5 герц при температуре Т=20°С и фик-■ сированной амплитуде деформации. Полученная кривая концентрационной зависимости внутреннего трения СГХ(С) имеет три максимума,, приходящиеся на сплавы стехиометрических составов СсУЬ, СёРЬ и СдРЪг.

Термо-эдс. Измерялась как в твердом, так и в жидком состояниях в интервале температур от 20 до 370°С. Наибольший интерес представляют данные по исследованию термо-эдс вблизи эвтектической (248°С) температуры как снизу, так и сверху от нее по температурной шкале.

При температуре 235°С на кривой концентрационной зависимости термо-эдс Б (С) в области составов СсУРЬ и С(1РЬ2 выявлены протяженные горизонтальные площадки. При повышении температуры, переходя в жидкое сост.ояние,,но находясь вблизи линии ликвидус (Т=275; 295 и 315°С), термо-эдс сплавов в указанных областях составов также носит аномальный характер, выражающийся в наличие минимумов на кривых Б(С). Вблизи эквиатомного состава С<1РЬ выявлен максимум.

Электросопротивление. Полученные нами кривые концентр ацион-•ной зависимости электросопротивления р(С) для различных температур . , испытания имеют три максимума. Теория предсказывает для двухфазных -...эвтектических систем с малой растворимостью компонент параболическую . зависимость электросопротивления от состава. Сравнение теоретической кривой с полученными нами экспериментальными кривыми показало, что максимальное отклонение от параболической зависимости приходится на •области сплавов состава СёгРЬ; Сс1РЬ и Сс1РЬ2.

Четвертая глава посвящена анализу полученных результатов. Выявленная корреляция кривых 8(С) для литых, прокатанных и экструдированных сплавов кадмий-свинец указывает на независимость главных особенностей этих кривых (наличие трех максимумов пластичности в области составов Сс^РЬ; Сс1РЬ и СЛРЬг) от предварительной механической обработки. По существу, это означает независимость природы тех процессов и ме-

ханизмов, которые ответственны за сверхпластическую деформацию и уже предопределены строением и свойствами сплавов в литом состоянии. Действие прокатки и экструзии сводится, в основном, к увеличению ресурса пластических свойств материала.

Немонотонность кривой 8(С), очевидно, есть результат проявления характеристик сплавов, прямым образом зависящих от концентрации компонент.

Проведенные исследования влияния величины перегрева расплавов

(термообработка металлической жидкости) перед их кристаллизацией на пластичность сплавов указывает на существенную зависимость пластических свойств сплавов от строения их расплавов.

Таким образом, в бинарной эвтектической системе кадмий-свинец существуют три области концентраций, приходящиеся на составы СсЬРЬ; CdPb; CdPb2, сплавы которых проявляют эффект сверхпластичности не маскируемый im прокаткой, raí экструзией. Положите максимумов стабильно: по оси концентраций они не смещаются,. несмотря на различные воздействия. Обнаружена сильная зависимость между пластичностью сплавов, обладающих аномально высокой пластичностью и температурой нагрева их расплавовиод кристаллизацию. Она указывает на связь между структурой и свойствами расплавов с пластичностью их сплавов в твердом состоянии, т.е. здесь имеет место "наследственная", "генетическая" связь, заключающаяся в передаче определенных структурных особенностей расплава границам зерен твердому низкотемпературному состоянию.

На наш взгляд, все отмеченные особенности концентрационных зависимостей пластичности, обусловлены особенностями раставов, их строением и свойствами, зависящими от концентрации компонент.

В пользу этого предположения свидетельствуют также результаты исследования термо-эде расплавов. Они позволили установить корреляцию между экстремальными областями концентрационной кривой о(С) и кривыми S(C). Эксперименты указывают на то, что на диаграмме состояния вблизи, по выше лилии ликвидус существуют области, имеющие микронеоднородности в своей структуре, которые можно представить в рамках ква-зиполикристаллической модели. Модель предполагает, что в металлических жидкостях эвтектических двухкомпонентных систем при умеренных температурах их перегрева следует рассматривать структурные составляющие типа кластеров на основе каждого из компонентов и одну общую разупорядоченную зону.

Мы полагаем, что в расплаве любого состава существуют ассоциативные химически связанные группировки (кластеры) на основе атомов кадмия и свинца, у которых внутренние связи более устойчивы по сравнению с внешними и разупорядоченная однородная фаза, представляющая

собой непрерывную трехмерную "ношшастерную" составляющую, заполняющую промежутки между микронеоднородными областями.

Некоторые из возможных структурных формул кластеров названных стехиометрических составов приведены на рисунке.

В процесс кристаллизации первоочередно включаются атомы кадмия и свинца, образуя зародыши кристаллитов а- и р-фаз. Кластеры же, образованные в результате химического взаимодействия между атомами кадмия и свинца, как более устойчивые и отличающие по своей структуре от структур растущих зерен а- и (5- фаз, будут взаимодействовать с движущим фронтом кристалла на последней стадии процесса кристаллизации по мере истощения разупорядоченной однородной нонкластерной части расплава.

На заключительном этапе кристаллизации между растущими навстречу друг другу кристаллитами возникает пространство, из которого почти полностью "отсосан" нонкластерный расплав. В последнем на единицу поверхности сближающихся фронтов зерен возрастает плотность группировок из разнородных атомов за счет их сегрегации как примесных включений.

Таким образом, после кристаллизации между областями с правильной кристаллической решеткой(зернами) появляется переходная зона, эле-

менты которой наследуют структуру жидкого состояния. Исходя из сказанного, следует предположить, что в межзеренных границах закристаллизованных сплавов кадмий-свинец имеются кластеры с определенной концентрацией разноименных атомов. Максимальная плотность подобных кластеров будет в тех сплавах, состав которых совпадает с их составом, а именно: Cd2Pb; CdPb; CdPb2.

Отсюда следует вполне логичный вывод: проявление аномально высокой пластичности именно у сплавов названных составов связано с сохранением в межзеренных прослойках остатков расплава, в виде атомных группировок соответствующих стехиометрии сплава.

Данные грушшровки, будучи в значительной мере индифферентными к своему окружению, могут играть роль антифрикционной смазки в условиях СП деформации.

В согласии с выдвинутым предположением находится экспериментально наблюдаемая корреляция между свойствами расплавов и вещества в твердом состоянии. Она имеет место в тех случаях, когда рассматриваемые свойства поликристаллического материала, в основном, детерминированы внутренними границами раздела, т.е. границами зерен. В частности, такими свойствами, которые в значительной мере являются отражением состояния границ зерен, являются ползучесть и релаксация напряжений. Полученные результаты вполне соответствуют сформулированной гипотезе: там, где наблюдается пик пластичности â(C), наблюдается максимум ползучести é(C) и минимум энергии активации релаксации напряжений Н(С).

Последний факт особенно важен, ибо позволяет сказать, что одной из причин селективного проявления СП ira оси концентраций, является наличие в зерновых границах сплавов избранных составов комплексов (кластеров) из химически связанных разнородных атомов Cd2Pb; CdPb и CdPb2, в результате чего и возможно достижение высоких показателей растяжения при низких величинах напряжения течения без нарушения сплошности материала.

С этой же позиции объяснимы и результаты измерения демпфирую-щсй'способности сплавов кадмий-свинец. Кривая когшентрационной зависимости Q"'(C) дает основание полагать, что максимальная диссипация внешней механической энергии на сплавах составом Cd2Pb; CdPb; CdPb2 имеет зернограничную природу и является следствием структурной микронеоднородности зерновых границ, унаследованной ими из расплавов.

В пользу предположения о микронеоднородности зерновых границ, зависящей от состава сплава, говорят и результаты измерения электросопротивления при температурах, близких к температуре максимального проявления эффекта сверхпластичности.

Структурная микронеоднородпость расплавов, зависящая от состава и наследуемая границами зерен, позволяет объяснить наблюдаемую зави-

симость величины пластичности сплавов Сс^РЬ; С<ЗРЬ и СйРЬг от температуры их расплавов.

С повышением температуры металлической жидкости в ней происходит диссипация и распад атомных группировок и, как следствие этого, изменение плотности кластеров в сторону снижения. Этот процесс, вследствие существования "генетической связи" между расплавом и твердым состоянием, проявляющейся в способности поликристаллического материала "помнить" своими внутренними границами раздела особенности строения расплавов, фиксируется как падение показателя пластичности у названных сплавов при их деформировании.

В рамки выдвинутых предположений укладывается экспериментальный факт проявления сверхпластичности у закаленных сплавов и отсутствия таковой после старения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Г. Проведены систематические исследования концентрационных зависимостей ряда физико-механических свойств (пластичности, твердости, предела прочности, ползучести, внутреннего трения, термо-эдс, электросопротивления) сплавов двойной эвтектической системы кадмий-свинец. Установлено, что литые сплавы стехиометрических составов СЙгРЬ; Сс1РЬ и Сс1РЬ2 в определенных температурно-скоростных условиях проявляют сверхпластическое (СП) поведение. Установлено влияние температуры, предварительной прокатки, экструзии, у-облучения и магнитного поля на пластичность.

2. Показано, что предварительная механическая обработка (холодная прокатка на 80% или горячая экструзия с обжатием на 60%) может приводить к резкому, на порядок величины, повышению пластичности, не изменяя при этом особешюстей характера ее зависимости от состава. Положение минимумов и максимумов пластичности на оси концентраций не зависит от предварительной механической обработки.

3. Установлена корреляция концентрациошшх зависимостей физических характеристик сплавов исследуемой системы (электросопротивления, термо-эдс, скорости установившейся ползучести, предела прочности, внутреннего трения, коэффициента скоростной чувствительности) с концентрационной зависимостью пластичности.

4. Показано наличие генетической связи между термической обработкой расплава и пластичностью материала в твердом состоянии. Снижение величины перегрева расплава на 200°С при фиксированных температуре и скорости деформации может приводить к увеличению пластичности сплавов СсЬРЬ; Сс1РЬ и Сс1РЬ2 в 1,7-^2,3 раза.

5. Сформулировано предположение о том, что за проявление эффекта структурной сверхпластичности в сплавах кадмий-свинец стехиометриче-ских составов Сс^РЬ; CdPb и CdPbi в значительной степени ответственны определенные атомные конфигурации (кластеры), сохраняющиеся в границах зерен при кристаллизации расплавов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мамин Б.Ф., Мальцева Г.К., Белянушкин A.B. Пластичность сплавов эвтектической системы кадмий-свинец. // Материалы 11-ой Всесоюзной научной конференции "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа"'. Днепропетровск, 1982, с.293-294.

2. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К. Особенности пластичности сплавов системы кадмий-свинец. // Тезисы докладов Х-ой Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов. Куйбышев, 1983, с.145-146.

3. Мальцева Г.К., Белянушкин A.B. Сверхпластичность по данным эвтектической системы Cd-Pb и эвтектоидной Al-Zn - эффект наследования межфазной прослойкой особых свойств ионов расплавов. // Тезисы докладов III-ей Всесоюзной научной конференции "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа". Днепропетровск, 1986, ч.2, с.Ш-184. '

4. Мальцева Г.К., Белянушкин A.B. Аморфизация мантии зерен в сплавах при сверхпластической деформации. // Сборник тезисов Ш-сй Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов". Москва, 1988, ч.1, с.75-76.

5. Мальцева Г.К., Белянушкин A.B. Внутреннее трение бинарных сплавов кадмий-свинец. // Тезисы докладов V-ой Республиканской научно-технической конференции "Демпфирующие металлические материалы". Киров, 1988, с. 11-12. . .

6. Мальцева Г.К., Белянушкин A.B. Эффект сверхпластичности в системе Cd-Pb. //Известия АН СССР Металлы, 1988, N 5, с.134-137.

7. Белянушкин A.B., Мальцева Г .К. Особенности границ зерен сверхпластичных сплавов системы кадмий-свинец. // Тезисы докладов IV-ой Всесоюзной конференции "Сверхпластичность металлов". Уфа, 1989, ч,1, с.40.

8. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К., Щербаков Г.В. Пластичность сплавов кадмий-свинец в магнитном ноле. // Тезисы докладов П-ой Всесоюзной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов". Юрмала, 1990, ч.1,с.104-105.

9. Мальцева Г.К., Белянушкин A.B. Влияние предварительной термомеханической обработки на ползучесть сплавов кадмия со свинцом. //В

kii.: Материалы с частично и сильно разупорядоченной структурой. Саранск, 1990, с.55-59.

10. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К. Эффект сверхпластичности как результат наследования межзеренной прослойкой свойств расплавов. // В кн.: Материалы с частично и сильно разупорядоченной структурой. Саранск, 1990, с.59-65.

11. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К., Щербаков Г.В. Демпфирующие свойства сплавов кадмий-свинец. // Тезисы докладов VI-ой республиканской научно-технической конференции "Демпфирующие свойства металлических материалов". Киров, 1991, с.8.

12. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К., Щербаков Г.В. Влияние магнитного поля на пластичность сплавов кадмия со свинцом. // ФММ, 1991, N9, с. 195-197,

13. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К. Модель формирования мантии зерен в процессе кристаллизации расплавов эвтектического типа. Конференция по электронным материалам. // Тезисы докладов. Новосибирск, 1992, с.321-322.

14. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К. Границы зерен сплавов кадмий-свинец и сверхпластичность. // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов. // Тезисы докладов ХШ-ой Международной конференции. Самара, 1992, с.112-113.

15. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К. Эвтектическая система кадмий-свинец. -Микронеоднородность расплавов и эффект структурной сверхпластичнсти. // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов. Тезисы докладов XIV-ой Международной научной конференции. Самара, 1995, с. 124-125.

16. Белянушкин A.B., Мальцева Г.К. Эффект сверхпластичности в сплавах Cd-Pb и свойства их расплавов. // Известия РАН. Металлы, 1996, N 5, с.169-172.

Заказ № 409 Усл. печ. л. 1 Тираж 100

Издательско-полиграфический центр Воронежского педуниверситега 394043 г. Воронежа, ул. Ленина, 86, корп.1