Рентгеноструктурный анализ меди и титана, подвергнутых интенсивной пластической деформации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Направахрукописи

КИЛЬМАМЕТОВ Аскар Раитович

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕДИ И ТИТАНА, ПОДВЕРГНУТЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Уфа-2004

Работа выполнена в Институте физики перспективных материалов Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук профессор Александров И.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Назаров А.А.

кандидат физико-математических наук Лебедев Ю.А.

Ведущая организация:

Московский

государственный

инженерно-физический институт (технический университет)

Защита состоится 16 апреля 2004 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.099.01 в Институте физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской академии наук по адресу: 450075, г. Уфа, Проспект Октября, 151, конференц-зал, факс: (3472)31-35-38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской академии наук.

Автореферат разослан «12» февраля 2004 г. Учёный секретарь

Диссертационного совета Д 002.099. 01

кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее десятилетие разработка способов получения и исследование структуры и свойств ультрамелкозернистых (УМЗ) металлов (нанокристаллических и субмикрокристаллических), являются актуальным направлением физики твёрдого тела и физического материаловедения. Это связано с тем, что данные материалы обладают уникальным комплексом физических и механических свойств и, как следствие, весьма привлекательны для широкого использования в промышленности и медицине. В частности, УМЗ металлы обладают изменёнными по сравнению с крупнокристаллическими (КК) состояниями фундаментальными, обычно структурно-нечувствительными свойствами, среди которых упругие модули, температуры Кюри и Дебая, намагниченность насыщения и другие. Перспективным подходом к формированию в металлах УМЗ структур является использование интенсивной пластической деформации (ИПД), что было предложено в начале 90-х годов Р.З. Валиевым с сотрудниками. Главными достоинствами методов ИПД являются возможность получения массивных УМЗ образцов из различных металлов и сплавов, полное отсутствие в них пористости.

Особая роль в исследовании ИПД материалов отводится методам рентгеноструктурного анализа (РСА), поскольку УМЗ структура является идеально мозаичной с точки зрения условий рассеяния рентгеновских лучей в рамках кинематической теории дифракции, когда благодаря малости областей когерентного рассеяния (размеров зёрен-кристаллитов) можно пренебречь взаимодействием падающей и рассеянных волн. В то же время, столь мелкодисперсная структура сильно затрудняет применение методов просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), что создаёт предпосылки для более активного развития и применения методов РСА в отношении УМЗ металлов.

К моменту постановки задач данной диссертационной работы РСА подвергались главным образом УМЗ металлы, полученные методами газовой конденсации и закалки из жидкого состояния. В то же время возможности РСА для изучения специфики объёмных УМЗ металлов, полученных методами ИПД, практически не были реализованы.

Цель работы; установить с использованием различных методов РСА параметры УМЗ структур, подвергнутых интенсивной пластической, и исследовать их связь с формированием уникального комплекса физических и механических свойств в чистых Си и Для получения УМЗ структур использовали два метода ИПД — кручение под высоким давлением и равноканально-угловое (РКУ) прессование. В качестве материалов исследования

¡гелями

были выбраны чистые Си и являющиеся т| металлов с различным типом кристаллической

________ИОЮНГВНЖЯ'Р

:и. БИБЛИОТЕКА |

«ЭЗш

Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1. Получить количественную информацию о специфических дефектных структурах УМЗ Си и сформированных в результате ИПД. Развить существующую структурную модель ИПД металлов, выявить структурные особенности зернограничной фазы.

2. Установить закономерности формирования кристаллографической текстуры для различных схем ИПД и различных типов кристаллической решётки, выявить основные кристаллографические ориентации зёрен, характерные для УМЗ Си и полученных методами ИПД.

3. Установить закономерности эволюции УМЗ структур при низкотемпературных отжигах и пластической деформации. Применить полученные закономерности для объяснения механического поведения чистых УМЗ Си и ТС.

Научная новизна:

Установлены особенности рентгенограмм УМЗ чистых Си и ТС с различным типом кристаллической решётки, полученных различными методами ИПД. Показано, что для рентгеновских пиков исследованных металлов после ИПД характерны: форма профиля, преимущественно описываемая функцией Лоренца (~90/95%); интегральная ширина физического профиля, превышающая в 7/12 раз соответствующее значение для отожжённого крупнокристаллического состояния; повышенная на 5/6% интегральная интенсивность фона рассеяния по сравнению с состоянием до ИПД. Показано, что данные изменения обусловлены высокой плотностью дефектов кристаллического строения и спецификой их распределения (преимущественно в границах зёрен).

Обнаружены увеличение коэффициента теплового расширения (в 3 раза), параметра Дебая-Уоллера (в 2 раза), динамических (до ~48%) и статических (до ~45%) атомных смещений из узлов кристаллической решётки и уменьшение температуры Дебая (на ~19/23%) по сравнению с исходным состоянием. Отклонения последней величины численно сопоставлены и согласуются с известными данными об уменьшении модулей упругости в Си после РКУ прессования. Указанные выше изменения свидетельствуют о преобразовании атомного колебательного спектра, вызванного концентрацией дефектов в зернограничных областях.

Впервые на основе экспериментальных рентгеновских исследований сделаны численные оценки характеристик атомного колебательного спектра для неравновесной зернограничной области. Показано, что температура Дебая зернограничной области УМЗ Си более чем в 3 раза ниже соответствующей величины для крупнокристаллического состояния, а прочность межатомных связей в зернограничной области на порядок слабее соответствующего значения в крупнокристаллической Си;

Обнаружено, что тип кристаллографической текстуры, формирующейся при различных методах ИПД (кручение под высоким давлением и РКУ прессование) в УМЗ Си и И, характеризуется одинаковым набором компонент для данного материала, а именно, ориентировками типа для меди и

{0001}<и\1ш>для титана;

Установлено, что характер протекания возврата и роста зерен при низкотемпературном отжиге зависит от принадлежности последних к определённой текстурной компоненте, что свидетельствует о неоднородном накоплении кристаллических дефектов в процессе ИПД. Выявлено, что рекристаллизация в ИПД Си происходит без изменения кристаллографической ориентации зёрен;

Установленные закономерности эволюции УМЗ структуры при последующем воздействии отжигами и/или деформацией применены для анализа деформационного поведения УМЗ Си. Обнаружено, что одновременное повышение прочности и пластичности может объясняться протеканием динамического возврата в температурном интервале 170-200 °С. Выявлено, что текстурное упрочнение является одним из факторов, обеспечивающих двукратное повышение прочности УМЗ Т после ИПД относительно крупнокристаллического состояния.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты позволяют охарактеризовать структурные особенности УМЗ металлов и оказывают существенную помощь в установлении взаимосвязи между необычными механическими свойствами и структурными параметрами исследованных металлов, учитывая формирование в них специфической дефектной структуры. Полученная методами РСА новая количественная информация о неравновесных зернограничных объёмах в ИПД материалах дополняет и развивает существующую структурную модель УМЗ металлов, полученных ИПД. Установленные закономерности текстурообразования в чистых УМЗ Си и Т полезны для анализа напряжённо-деформированного состояния, формирующегося в ходе ИПД, а также для развития самих методов ИПД.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Количественные характеристики атомного колебательного спектра в УМЗ Си, обусловленные неравновесным состоянием границ зёрен, формирующимся в результате интенсивной пластической деформации.

2. Результаты исследования кристаллографической текстуры в УМЗ Си (ГЦК решётка) и Т (ГПУ решётка), полученных различными способами интенсивной пластической деформации.

3. Установленные методами РСА особенности изменения структуры при низкотемпературных отжигах и/или пластической деформации.

4. Объяснение механического поведения на основе установленных методами РСА закономерностей эволюции УМЗ структуры.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: VII и VIII Международных семинарах «Структура, дефекты и свойства нанокристаллических, ультрадисперсных и мультислойных материалов», г. Екатеринбург, Россия, 1996 и 1998 годы; Международной конференции по количественному описанию микроструктуры материалов Q-MAT 97, г. Варшава, Польша, 1997 г.; Международной конференции серии NATO ASI "Наноструктурные материалы", г. Санкт-Петербург, Россия, 1997 г.; Международной конференции «Texture and properties of materials», г. Екатеринбург, Россия, 1997 г.; XIV Уральской школе металловедов-термистов «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов», г. Ижевск, Россия, 1998 г.; I Международном семинаре серии NATO ARW «Исследование и применение интенсивной пластической деформации», Москва, Россия, 1999 г.; Всероссийском семинаре «Бернштейновские чтения», Москва, Россия, 1999 г.; VII и VIII Международных конференциях «European powder diffraction conference» - EPDIC-7, г. Барселона, Испания, 2000 г. и EPDIC-8, г. Уппсала, Швеция, 2002 г.; V Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсных систем», г. Екатеринбург, Россия, 2000 г.; III Международной конференции по дифракционным методам «Size-strain III», г. Тренто, Италия, 2001 г.; Международном семинаре «Hard synchrotron X-rays for texture and strain analysis», г. Гамбург, Германия, 2003 г.; Международной конференции «Nanomaterials and nanotechnologies-2003», Крит, Греция, 2003 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 статей в реферируемых журналах и сборниках, 23 тезиса докладов в трудах всероссийских и международных конференций и семинаров.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитированной литературы, содержит 44 рисунка, 15 таблиц и изложена на 138 страницах. Список литературы включает 127 наименований.

Экспериментальные данные по механическим свойствам УМЗ Си и Ti были выполнены в рамках совместных работ с коллегами из УрГТУ (г. Екатеринбург) и ИФПМ НИЧ УГАТУ.

Диссертационная работа выполнена при научной консультации профессора, чл.-корр. АНРБ Р.З. Валиева.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении анализируется современное состояние проблемы, обосновывается актуальность диссертации, сформулированы цель и задачи

исследований, перечислены полученные новые результаты, раскрыта их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе кратко описаны методы получения ультрамелкозернистых (наноструктурных) металлов, в том числе такие методы интенсивной пластической деформации (ИПД), как кручение под высоким давлением и равноканальное угловое прессование. Проведён анализ работ, посвященных установлению особенностей микроструктуры УМЗ металлов, сформированных методом ИПД. Описаны существующие представления о специфической дефектной структуре в УМЗ металлах и сплавах, основанные на результатах, полученных различными экспериментальными методами и компьютерным моделированием. Установлено, что состояния микроструктуры после ИПД характеризуются не только сверхмалым размером зёрен (кристаллитов), но и большой протяжённостью высокоугловых, сильно неравновесных границ зерен, содержащих внесённые зернограничные дислокации, следствием чего является появление значительных напряжений и искажений кристаллической решетки вблизи границ.

Рассмотрена структурная модель чистых УМЗ металлов, полученных ИПД, которая в большей мере качественно позволяет описать основные структурные особенности ИПД металлов. Отмечено, что остаётся открытой проблема отсутствия надёжных статистически усреднённых экспериментальных количественных данных непосредственно о структуре зернограничной фазы, поскольку в ИПД металлах именно она определяет комплекс физических и механических свойств.

Показано, что методы рентгеноструктурного анализа (РСА) при исследовании ИПД металлов являются эффективным инструментом для количественной оценки структурных характеристик и получения достоверной статистической информации об изменении параметров микроструктуры металлов и сплавов под влиянием различных воздействий на УМЗ структуру. Установлено, что, дополняя другие методы исследования и учитывая особенности строения УМЗ металлов, РСА позволяет получать информацию о параметрах и типе кристаллической решётки, размере зёрен-кристаллитов (блоков когерентного рассеяния), полях внутренних напряжений, кристаллографической текстуре и других структурных характеристиках. Исходя из вышеизложенного, сформулирована цель диссертационной работы и поставлены задачи исследования.

Вторая глава содержит сведения о материалах и методах проведённых исследований. В данной работе исследовались технически чистые поликристаллические Си (99,98%)и И BT1-0 (99,97%). В исходном состоянии Си и ТС представляли собой горячекатаные прутки диаметром 20 мм, из которых вырезались заготовки для формирования УМЗ структур двумя методами ИПД, а

именно: РКУ прессованием и деформацией кручением под высоким давлением. При РКУ прессовании использовался маршрут Вс, при котором заготовка перед каждым следующим циклом прессования разворачивалась на 90° вокруг своей оси по часовой стрелке. Таким образом, после 12 последовательных проходов при РКУ прессовании достигалась наиболее эффективная проработка УМЗ структуры с точки зрения накопления дефектов и мелкодисперсности структурных элементов. В случае ИПД кручением экспериментальная установка для получения УМЗ металлов монтировалась на гидравлическом прессе, что позволяло создавать давления от 3 до 6 ГПа между наковальнями (верхней неподвижной и нижней вращающейся). Достижение высоких степеней деформации при этом контролировалось экспериментально путём подсчёта количества оборотов подвижной наковальни вокруг собственной оси. Для использованных металлов в данной работе количество оборотов было равно 5. Как для Си, так и для Т ИПД кручением проводилось при комнатной температуре. Для сравнительного анализа использовали данные, полученные при изучении соответствующих КК металлов или исходных (до ИПД) образцов.

Экспериментальные рентгеновские данные были получены при использовании рентгеновских дифрактометров ДРОН-4-07 и ДРОН-ЗМ с фокусировкой гониометров по методу Брэгга-Брентано, оснащённых автоматическим управлением и компьютерной записью информации. Съёмку образцов проводили с использованием - излучения и плоского графитового

монохроматора <0002> на отраженном пучке. Для расчетов использовались длины волн Общий вид рентгенограмм

снимался с шагом сканирования 0,05 градуса и временем экспозиции в каждой точке, равным 5 секундам. Прецизионные съёмки для выделенных рентгеновских пиков осуществлялись с шагом 0,02 градуса и временем счёта, равным 20 секундам. Съёмки неполных полюсных фигур осуществлялись с помощью автоматической текстурной приставки. Брэгговские отражения сканировали в радиальном угловом интервале от 0 до 80 градусов и в азимутальном угловом интервале от 0 до 360 градусов. Шаг изменения углов составлял 5 градусов в обоих случаях. Обработку и анализ экспериментальных неполных полюсных фигур осуществляли с помощью пакета прикладных программ «рорЬЛ».

Экспериментальные зависимости интенсивности рентгеновских лучей

от угла дифракции анализировались с использованием кинематической теории дифракции, которая является хорошим приближением при размере кристаллитов менее Для получения информации о форме и интегральной интенсивности

рентгеновских пиков использовали функцию Фойгта. Форму профиля рентгеновских пиков представляли с помощью функции Фойгта являющейся линейной комбинацией функций Лоренца и Гаусса. Для определения размера зерен-кристаллитов (областей когерентного рассеяния) и микродеформаций в исследованных УМЗ металлах использовали метод Уоррена-

Авербаха. Данный метод предполагает гармонический анализ профиля линии, который позволил осуществить разделение вкладов размерного и деформационного факторов в уширение на основе предположения о нормальном характере распределения внутренних напряжений в зерне. Функция /(20), описывающая физический профиль рентгеновского пика, представлялась в виде ряда Фурье.

Рентгеновские исследования параметров атомного колебательного спектра проводились в температурном диапазоне от 85 К до 295 К на дифрактометре ДРОН-4-07 с использованием стандартной низкотемпературной приставки, рассчитанной на применение в качестве хладоагента жидкого азота. Контроль температуры образца осуществлялся с погрешностью не более ±1 К. Для определения параметра Дебая-Уоллера В, его температурно-зависимой компоненты Вт, температурно-независимой компоненты Ду и атомных смещений из равновесных положений в кристаллической решетке исходили из результатов прецизионных измерений величин интегральной интенсивности рентгеновских пиков при различных температурах за вычетом фона рассеяния рентгеновских лучей.

Полагая, что температура Дебая постоянна в исследованном

температурном интервале, для ее вычисления использовали уравнение

ткв хАВ/бк1 = ф(©ГГ2)/(€П'2)-ф(аГ1)(&Т,). (1)

где да, к и /г - масса атома, постоянная Больцмана и постоянная Планка соответственно; - температуры измерений, равные 85 К и 295 К;

функция Дебая [79]. Поскольку обе стороны уравнения (1) являются функциями температуры Дебая для каждой из них строили графики функций в зависимости от &. Таким образом, температуру Дебая 0 определяли графически исходя из точки пересечения этих функций.

Параметры кристаллической решетки вычисляли исходя из положения центров тяжести рентгеновских пиков. Для учета систематической ошибки, связанной с геометрическими условиями съемки, использовали стандартный порошок 81. Значения параметров кристаллической решётки использовались для расчета усредненных коэффициентов термического расширения в данном температурном интервале.

В третьей_главе представлены результаты комплексных

рентгеноструктурных исследований УМЗ Си, полученной разными методами ИПД.

Проведённые исследования особенностей рентгенограмм показали, что также как и в случае УМЗ Си, полученной другими известными методами (газовой конденсации, шарового размола и др.), рентгенограммы УМЗ Си, полученной РКУ прессованием и кручением под давлением, характеризуются набором рентгеновских пиков, соответствующих КК состоянию. Установлено, что

относительные интегральные интенсивности рентгеновских пиков УМЗ Си после ИПД существенно отличаются от соответствующих табличных значений, характерных для КК состояний. Особенно ярко это выражено в случае ИПД кручением, при этом существенно ослаблены относительные интенсивности всех рентгеновских пиков относительно пика (111).

Результаты расчетов показали, что интегральная интенсивность фона на рентгенограммах УМЗ Си, полученной ИПД, превышает соответствующее значение для КК Си на величину 6±3 %. Повышение интегральной интенсивности фона рентгеновского рассеяния указывает не только на повышенную концентрацию дефектов кристаллического строения и, как следствие, увеличенные амплитуды тепловых колебаний в ИПД Си, но и на возможное увеличение доли неупругого рассеяния рентгеновских лучей за счёт комптоновского рассеяния. Анализ экспериментальных данных по изменению амплитуды тепловых колебаний в УМЗ Си будет представлен более подробно ниже.

Проведённый анализ формы профиля рентгеновских пиков показал, что в линейной комбинации функций Гаусса и Лоренца при аппроксимации профилей ИПД Си преобладает вклад последней, достигая 90/100 %. В то же время для КК состояния характерно преобладание функции Гаусса. Лоренцевый профиль пиков указывает на отсутствие преимущественно хаотического распределения дислокаций в УМЗ Си, а также на отличающееся от нормального распределение кристаллитов по размерам. Последнее хорошо согласуется с известными данными электронной микроскопии ИПД Си. С другой стороны, данная форма профиля рентгеновских пиков может быть обусловлена специфическим распределением кристаллических дефектов, приводящим соответственно к перераспределению микроискажений кристаллической решётки. Функция Лоренца убывает от своего максимума более полого, чем функция Гаусса. Это дало основание полагать, что на рентгенограммах УМЗ Си более значительная часть интенсивности сосредоточена в хвостах рентгеновских пиков.

В результате анализа значительного уширения физического профиля рентгеновских пиков УМЗ Си установлено, что различные методы ИПД приводят к близким в пределах погрешности значениям размера зёрен-кристаллитов (63/65 нм для кристаллографического направления <111> и 35-К37 нм для направления <200>). В то же время РКУ прессование приводит к микроискажениям кристаллической решётки, которые в несколько раз больше, чем в случае ИПД кручением (0,42x10-2 против 0,27x10-2 для направления <111> и 0,52x10-2 против 0,16x10-2 для направления <200>). Пониженный уровень величины упругих микроискажений кристаллической решётки в случае ИПД кручением может объясняться более активным протеканием динамического возврата в данных образцах. Предпосылкой тому может служить разница в прикладываемом к

материалу давлении и, соответственно, более высокая степень накопленной деформации при ИПД кручением по сравнению с РКУ прессованием.

Таким образом,-

приведённые результаты

экспериментальных исследований указывают на ряд отличий общего вида. рентгенограмм УМЗ Си, полученной ИПД, от рентгенограмм КК Си. К ним относятся изменение

относительной интенсивности, формы профиля, увеличение интегральной интенсивности фона рассеяния, а также существенное уширение

рентгеновских пиков..

На рис. 1 представлены экспериментальные зависимости, полученные на основе рентгеновских

низкотемпературных исследований ИПД Си. Проведённый для случаев ИПД кручением и РКУ прессования анализ полученных результатов

в рамках квазигармонического приближения Дебая выявил существенное увеличение статических (~45 %) и динамических атомных смещений (~48 %), рост линейного коэффициента термического расширения (более чем в 3 раза) по сравнению с КК Си, уменьшение температуры Дебая (~19/23 %). Изменения последней численно сопоставлены и согласуются с известными данными об уменьшении модулей упругости в ИПД Си, обнаруженных в результате ультразвуковых исследований. Принимая во внимание тот факт, что УМЗ металлы, полученные ИПД, обладают неравновесными границами зёрен с высокой плотностью внесённых зернограничных дислокаций, которые создают дальнодействующие поля внутренних упругих напряжений и увеличивают атомные смещения из равновесных положений в зернограничных областях, следует считать, что основной вклад в уменьшение температуры Дебая обусловлен влиянием искаженной зернограничной области.

Рис.

1.

Температурная, зависимость, усредненных значений параметра решетки УМЗ Си (а) и значений параметра Дебая-Уоллера В и квадрата атомных смещений (б) для

случаев ИПД кручением, РКУ прессованием (О и •) и КК Си(пунктирная линия)

Результаты экспериментальных исследований, представленных в данной главе, позволили дополнить развиваемую структурную модель УМЗ металлов, получаемых ИПД. В её основу положено наличие в ИПД металлах двух структурных компонент (фаз) - практически свободных от дефектов зёрен-кристаллитов с размером порядка 100 нм и зернограничной области с высокой концентрацией привнесённых в неё дефектов и, как следствие, сильными полями дальнодействующих внутренних напряжений. На основании допущения, что значительные изменение характеристик атомного колебательного спектра в УМЗ Си обусловлены именно дефектной областью, т. е. объёмом материала, в котором атомы обладают повышенной энергией, были произведены расчёты атомных смещений и температуры Дебая для неравновесной зернограничной области (Таблица 1).

Таблица 1. Структурные характеристики УМЗ (зернограничная область) и КК

Си

Структурное состояние КК УМЗ (кручение под давлением) УМЗ (РКУ прессование)

Динамическая компонента раметра Дебая-Уоллера (295 К) Вт, А2 0,44±0,05 2,00±0,03 2,13±0,04

Статическая компонента араметра Дебая-Уоллера Вз, А2 0,15+0,06 0,20±0,05 0,30±0,05

Полные атомные смещения в долях кратчайшего межатомного расстояния вдоль ао/2<110>,% 3,4±0,2 6,2±0,2 6,6±0,3

Динамические атомные смещения (295 К)<ц,2>"2, А 0,075±0,01 0,16±0,02 0,17±0,02

Температура Дебая, ©д, К • 304±2 143±9 138±8

Вполне очевидно, что увеличение амплитуды атомных колебаний и статических смещений играет существенную роль в повышении диффузионных характеристик в УМЗ металлах. Полученные в данной работе результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными об увеличении коэффициента диффузии в УМЗ состояниях, полученных ИПД, в отличие от КК состояний. При этом разница составляет несколько порядков, а диффузия по неравновесным границам зёрен становится сопоставимой с диффузией по свободной поверхности.

В предположении, что температура Дебая 0д = Исотах/к является одним из критериев прочности межатомных связей в кристалле, были проведены оценки порядка величины упругой силы f ~то)2тах (т.е./~ т0д2), возвращающей атомы в свое равновесное положение при тепловых колебаниях. Численная оценка показала, что атомный объем, принадлежащий сильноискаженным зернограничным областям в УМЗ Си, характеризуется прочностью межатомных связей, в несколько раз отличающейся по величине от соответствующего значения для традиционной КК Си. Особенно важной оценка прочности межатомных связей явилась для развития представлений о механизмах деформации в массивных УМЗ металлах, когда помимо традиционного дислокационного механизма деформации возрастает роль зернограничного проскальзывания, обусловленного сдвигами материала в сильноискаженных приграничных объемах вдоль границ зерен.

На рис. 2 представлены прямые полюсные фигуры (111), (200) и (220), использовавшиеся для текстурного анализа УМЗ Си, сформированной различными способами ИПД Полюсные фигуры УМЗ Си после РКУ прессования, полученные с поперечного сечения

заготовки (рис. 2 в), были скорректированы посредством поворота вокруг горизонтальной оси симметрии, лежащей в плоскости рисунка

Указанная корректировка на величину угла = 13-15° проводилась для совмещения плоскостей сдвига с плоскостью рисунка. В результате было Обнаружено, ЧТО расположение основных текстурных максимумов не только симметрично относительно главных осей симметрии, но и в

определенной степени подобно расположению максимумов на полюсных фигурах

Рис. 2. Полюсные фигуры УМЗ Си : а) полученной ИПД кручением, б) экспериментально полученные с поперечного сечения после РКУ прессования, в) повернутые вокруг горизонтальной оси на 150

УМЗ Си после ИПД кручением (рис. 2, а), что подтвердилось видом сечений функций распределения ориентировок (ФРО) для разных методов ИПД. Этот факт позволил рассматривать сформированные текстурные состояния как действительно близкие по своей природе, несмотря на очевидные различия в методах ИПД. Анализ ФРО показал, что основные максимумы принадлежат идеальным ориентировкам {111 }< 110> и {111}< 112>, а также {112}<110> и {100}<110>. Установлено, что наличие текстурных компонент {Ш}<uvw> и ^Ы}<110> справедливо для формирования текстуры как при ИПД кручением, так и при РКУ прессовании.

В четвёртой главе представлены результаты экспериментального исследования эволюции микроструктуры и свойств УМЗ Си, полученной РКУ прессованием, при термических воздействиях и пластической деформации. Основными контролируемыми характеристиками микроструктуры, которые анализировались в ходе указанных воздействий, являлись размер зерен-кристаллитов, уровень микроискажений кристаллической решетки, а также преобразования кристаллографической текстуры. Получаемые данные сопоставлялись с измерениями микротвёрдости исследованных образцов УМЗ Си. Целью данных исследований явилось установление методом РСА закономерностей эволюции структуры УМЗ Си, полученной РКУ прессованием, при низкотемпературном отжиге в различных температурно-временных интервалах.

Проведённые исследования показали, что после низкотемпературных отжигов УМЗ Си при Т=50, 100, 150, 200 и 250 °С в течение 30 минут вплоть до температуры Т=150 °С микроструктура не претерпевает каких-либо значительных изменений по сравнению с полученным в результате РКУ прессования исходным состоянием. Этот результат отличается от результатов ранних исследований УМЗ Си, полученной ИПД кручением, где отжиг в температурном интервале Т=100/150°С привёл к постепенному уменьшению уширения пиков, свидетельствующему о начале протекания возврата, а затем и росту зёрен. Анализ эволюции размера зерен и микроискажений кристаллической решетки в ходе отжига, проведенного при температуре Т=170 °С в течение различного времени, обнаружил, что увеличение размера зерен в направлении <111> протекает постепенно, резко возрастая после 90 минут отжига. В то же время заметное увеличение размера зерен в направлении <200> наблюдается уже после 60 минут и резко возрастает при больших временах отжига. С другой стороны, микроискажения кристаллической решетки в направлении <111> остаются неизменными вплоть до 60 минут отжига включительно и далее резко уменьшаются. Одновременно микроискажения в направлении <200> уменьшаются плавно вплоть до 60 минут отжига, а затем резко уменьшаются. Неодновременные увеличение размера зерен-кристаллитов, уменьшение микроискажений, а также сопутствующие существенные изменения

относительной интегральной интенсивности рентгеновских пиков, подтверждают тот факт, что возврат и рост зерен, принадлежащих различным текстурным компонентам, происходят неодновременно. Эволюция УМЗ структуры при низкотемпературном отжиге Си, полученной РКУ прессованием, может быть объяснена в рамках структурной модели УМЗ металлов, полученных ИПД. Поскольку деформация в металлах в общем случае протекает анизотропно, то различные структурные составляющие, к которым, в частности, относятся текстурные компоненты, оказываются по-разному восприимчивы к образованию в них дефектов кристаллического строения. Как показали настоящие исследования, в УМЗ Си, полученной ИПД, характеристики микроструктуры отличаются не только в зависимости от способа ИПД, но и от принадлежности к той или иной текстурной компоненте. В процессе возврата размер зёрен не изменяется, однако размер внутренних неискажённых частей зерен-кристаллитов, измеренный методом РСА, увеличивается благодаря перераспределению дефектов кристаллического строения. В результате поля дальнодействующих упругих напряжений и микроискажения кристаллической решетки уменьшаются.

Проведённый текстурный анализ показал, что признаки эволюции кристаллографической текстуры выявились уже после 90 минутах отжига при температуре Т=170 °С, когда максимумы на полюсных фигурах стали более острыми. Отжиг при температуре Т=170 °С в течение 120 минут привёл к качественному изменению вида прямых полюсных фигур (111) и (200). При этом произошло перераспределение интенсивностей основных текстурных компонент {111}<иу\у> и {100}<110> в пользу последней. Дальнейшее увеличение температур отжига до Т=200 °С (30 минут) и Т=250 °С (30 минут) усилило данное распределение. Таким образом, было обнаружено, что основной характерной чертой эволюции кристаллографической текстуры в процессе возврата и начала рекристаллизации в УМЗ Си, полученной РКУ прессованием, является усиление ориентационной плотности отдельных компонент, уже существующих в деформированном материале. Выбор этих компонент обусловлен уровнем накопленной плотности дефектов кристаллической решётки в различных текстурных компонентах.

Анализ влияния пластической деформации на эволюцию УМЗ структуры показал, что холодная прокатка привела к практически полному перераспределению относительных интегральных интенсивностей рентгеновских пиков, что свидетельствует о трансформации текстурного состояния. При этом практически полностью исчезли рентгеновские пики (111) и (222), однако усилились относительные интенсивности пиков (200) и (400). Анализ физических профилей в единственно доступном для надёжных измерений направлении <200> выявил увеличение величины зёрен-кристаллитов и уменьшение микроискажений кристаллической решётки в сравнении с состоянием после РКУ прессования. Данный факт также свидетельствует в пользу неоднородного накопления

дефектов кристаллического строения в ИПД Си в зависимости от их принадлежности к различным текстурным компонентам.

Анализ ФРО холоднокатаной УМЗ Си, полученной ИПД, показал, что набор ее текстурных компонент подобен тому, который характерен для холоднокатаной КК Си, т.е. {112}<111>, {123}<634> и {110}<112>. Вместе с тем, соотношение между максимальными плотностями ориентировок {112}<111>и {110}<112> на сечениях ФРО кардинально изменяется для случая холоднокатанной УМЗ Си. Так, если в случае традиционного КК состояния оно составляет «1,5, что соответствует известным литературным данным, то для УМЗ Си оно возрастает до «5, т.е. более чем в три раза. Подобная особенность формирования текстуры прокатки характерна для ГЦК металлов с высокой энергией дефектов упаковки (например, алюминия), где преобладающим является развитие компоненты {112}<111>. В то же время, для измельчённой структуры после РКУ прессования характерна большая объёмная доля неравновесной зернограничной области с высокоугловыми границами зёрен. Они обладают высокой внутренней энергией и создают высокие потенциальные барьеры для дислокационной подвижности при прокатке. В результате при передаче пластической деформации от зерна к зерну длина свободного пробега дислокаций значительно уменьшается, и, вероятно, осуществляется преимущественно поперечное скольжение винтовых дислокаций, которое приводит к более острой текстуре прокатки в УМЗ состоянии и преобладанию несвойственной для меди текстурной компоненты {112}< 111 >.

Как было показано выше, микроструктуру УМЗ Си, полученной ИПД, можно перевести в более равновесное состояние с помощью кратковременных отжигов или последующей пластической деформации, инициируя тем самым процессы возврата и рекристаллизации. Комбинированное воздействие указанных факторов позволило исследовать влияние степени неравновесности границ зёрен и сверхмалого размера зёрен на характер деформационного поведения УМЗ Си, полученной ИПД.

Проведённые при комнатной температуре исследования зависимости механических свойств ИПД Си от температуры отжига в течение 30 минут показало, что при температурах отжига ниже 180 °С комплекс свойств изменяется незначительно. При этом наблюдается слабая тенденция повышения прочности и пластичности при незначительном уменьшении предела текучести. Свойства изменяются резко в узком интервале температур от 180 до 210 °С. Оказалось, что в данном интервале целесообразно проводить более кратковременные отжиги. В результате кратковременного отжига при 180 и 200 °С в течение 2 минут наблюдается общая тенденция повышения пластичности и снижения предела текучести, а также одновременное небольшое повышение предела прочности в ИПД Си. В то же время в исходном КК Си при аналогичных отжигах наблюдается одновременное снижение и предела текучести и предела прочности. Увеличение температуры отжига выше 190 °С в течение 3 минут вызывает резкое изменение комплекса свойств. Падение прочностных характеристик с 370 МПа до 320 МПа более плавное, чем при длительном отжиге. В то же время наблюдается более

интенсивный двукратный рост пластичности. Максимального значения пластические характеристики достигают при температуре отжига 200 °С, однако прочность при этом падает до 250 МПа. Видно, что отжиг в зависимости от температуры и продолжительности может в разной степени уменьшать предел текучести за счет снижения плотности дефектов, увеличивая тем самым равномерную деформацию. Как показано

многочисленными исследованиями, путем отжига в меди трудно достичь совершенной дисперсной

структуры отдельных затрудняет

эффектов,

из-за роста зерен, что разделение

Температура, .С Рис. 3. Механические свойства ИПД Си при холодной деформации растяжением в зависимости

от температуры предварительной деформации:

связанных с границами зерен и с другими особенностями

кристаллического строения,

предел прочности, - предел упругости, отношение предела упругости к пределу прочности, • - общее удлинение. Вследствие этого максимальная пластичность при комнатной температуре после кратковременных отжигов достигается здесь уже после вероятного появления и первых крупных зерен.

В результате исследования влияния предварительной деформации растяжением на 10 % с малой скоростью при повышенных температурах на комплекс механических свойств ИПД меди, измеренных при комнатной температуре было обнаружено следующее. Предварительная деформация при 170 °С слабо изменяет прочностные характеристики, (рис. 3), однако пластичность достигает необычно высокого уровня. Повышение температуры предварительной деформации до 180 °С обеспечивает качественные изменения последующего деформационного поведения ИПД Си при комнатной температуре. Снижается предел текучести и временное сопротивление. Причем, первое снижается более интенсивно, и отношение предела текучести к пределу прочности резко уменьшается. Удлинение в этом случае достигает максимального значения и превышает уровень, достигнутый в ИПД Си после кратковременного отжига при 200 °С. Дальнейший рост температуры предварительной деформации понижает комплекс свойств до уровня, соответствующего исходному (не подвергавшемуся ИЦД) состоянию. Таким образом, полученные данные о закономерностях влияния предварительных обработок на механические свойства позволяют считать, что небольшая пластическая деформация УМЗ Си при температуре несколько ниже начала рекристаллизации может являться перспективным способом совершенствования структуры при сохранении сверхмелкого зерна.

Изменения интенсивности деформационного упрочнения УМЗ Си определяется дефектной структурой границ и внутризеренных объемов. Снижение плотности дефектов за счет регламентированного отжига или малой предварительной деформации при повышенной температуре приводит к значительному росту скорости деформационного упрочнения. В результате целенаправленный поиск режимов отжига и пластической деформации позволил реализовать формирование состояний, характеризующихся уникальным комплексом механических свойств, сочетающих высокие прочность и пластичность в УМЗ меди.

В пятой главе приводятся результаты исследований параметров структуры и свойств ГПУ Т в ходе применения различных методов ИПД - кручением под давлением и РКУ прессованием.

Прецизионные экспериментальные съёмки отдельных рентгеновских пиков выявили, что, как и в случае УМЗ Си, дифракционные максимумы для УМЗ состояний И имеют более пологий спад интенсивности от максимального значения, чем в КК состоянии. Численные расчёты обнаружили преимущественно лоренцевую форму профиля рентгеновских пиков, её усреднённые значения составили 95/95% для обоих ИПД состояний. Значения интегральной ширины физических синглетов, соответствующих случаю РКУ прессования, заметно меньше, чем в случае ИПД кручением. Этот факт нашёл отражение в рассчитанных значениях размеров кристаллитов и величин упругих микроискажений кристаллической решётки в исследованных УМЗ образцах. Сравнительный анализ характеристик микроструктуры, полученных методами РСА, показал, что уровень упругих микроискажений кристаллической решётки в случае ИПД кручением более, чем в три раза превышает аналогичную величину, соответствующую РКУ прессованию. Размер зёрен-кристаллитов примерно в два раза больше для состояния после РКУ прессования. Эти результаты согласуются с данными электронной микроскопии, когда средний размер зёрен составлял 200/300 нм и 80/100 нм для образцов после РКУ прессования и ИПД кручением соответственно, а картины микродифракции демонстрировали более высокий уровень внутренних напряжений в зёрнах после ИПД кручением. В то же время, при существенной разнице в целом интегральной ширины пиков после ИПД кручением её значения для пиков (0002) довольно близки. Этот факт свидетельствует о существовании в исследованных образцах различного распределения полей упругих напряжений решётки в зависимости от принадлежности зёрен различным текстурным компонентам.

Проведённые исследования характеристик микроструктуры в зависимости от степени деформации выявили, что после 8 проходов РКУ прессования размер зёрен-кристаллитов и уровень упругих микроискажений не претерпевают существенных изменений. Общий вид рентгенограмм также типичен и не претерпевает заметных изменений. В то же время, в данной работе было обнаружено, что в случае ИПД кручением увеличение давления до 6 ГПа (при одинаковом количестве оборотов, равном 5) при комнатной температуре приводит к фазовому переходу которая известна в литературе

как фаза высокого давления чистого Т1. Оценочные расчёты в результате проведённого фазового анализа показали, что соотношение интегральных интенсивностей основных пиков (пик 1011) и (пик 1120)

составило по меньшей мере 1:2, что свидетельствует о переходе большей части фазы в

Прецизионный анализ рентгеновских пиков, принадлежащих выявил,

что им также характерен явно выраженный пологий спад интенсивности от максимумов, т.е. преимущественно лоренцевый вклад в форму профиля, а также более значительное деформационное уширение дальних рентгеновских пиков, что характерно для исследованных УМЗ состояний в Си и Т1, полученных ИПД. В то же время, величины центров тяжести основных пиков (1011), (1120), (2021), (2240) и (2132) смещаются на величину что

свидетельствует об изменениях параметров решётки Полученные

значения интегральной интенсивности рентгеновских пиков как свидетельствуют о формировании при ИПД кручением совершенно нового типа кристаллографической текстуры деформации. В частности, на это указывает увеличение в 3,5/4 раза относительной интегральной интенсивности пиков (2021) и (2132) (о-фазы по сравнению с теоретическим рентгеновским спектром для бестекстурного состояния, а также перераспределения интегральной интенсивности пиков а-фазы до и после приложения давления в 6 ГПа при ИПД кручением.

Полученные результаты можно объяснить, основываясь на ранее предложенной и развиваемой в данной работе на примере УМЗ Си, модели эволюции микроструктуры в ходе ИПД. Неоднородное распределение дефектов кристаллического строения в той или иной текстурной компоненте материала приводит к анизотропии в измельчении зёрен-кристаллитов и в уровне внутренних упругих напряжений кристаллической решётки. При увеличении степени деформации в определённых группах зёрен формируются сильно неравновесные объёмы материала, характеризующиеся повышенной амплитудой атомных колебаний и пониженной прочностью межатомных связей в условиях высоких приложенных давлений (см главу 3). В результате часть материала реагирует на внешнее воздействие перестроением атомной структуры с последующими изменениями межатомных взаимодействий и изменением электронной структуры, т.е. так называемым фазовым переходом второго рода.

Исследование формирования кристаллографической текстуры в данной работе выявило, что сдвиговые деформационные процессы, характерные для различных способов ИПД, приводят к образованию в УМЗ Т1 одинаковых основных текстурных компонент типа {0001}<1120> и {0001}<1010>. Необходимо отметить, что получение УМЗ Си различными способами ИПД также сопровождалось формированием близких по типу текстурных компонент сдвига, характерных для ГЦК металлов. Совместный анализ экспериментальных ПФ и рассчитанных ФРО показал, что в результате действия критических напряжений сдвига в основных системах скольжения наиболее благоприятной для изученных способов ИПД оказывается реализация преимущественно

«базисного» скольжения. При этом в случае РКУ прессовании решающую роль при формировании данного типа текстуры играет последний проход практически независимо от выбора маршрута РКУ прессования. В то же время вклад призматических и пирамидальных систем скольжения при формировании УМЗ состояния в Т становится незначительным по сравнению с базисным скольжением.

В результате механических испытаний было обнаружено, что РКУ прессование привело к росту прочностных характеристик УМЗ Т на 40-50% при потере пластичности примерно в два раза. Ещё большие значения пределов текучести и прочности были достигнуты в УМЗ состоянии после дополнительной деформационно-термической обработки. Полученные прочностные характеристики для последнего УМЗ состояния титана оказались более чем в 2 раза выше соответствующих характеристик для КК состояния и являются рекордными для технически чистого титана. Установлено, что повышенные прочностные свойства УМЗ Т имеют явно выраженную анизотропию в зависимости от расположения «базисных» плоскостей (0002) по отношению к направлению растяжения при механических испытаниях. Представленный анализ результатов рентгеновских исследований и механических свойств показал, что основными структурными факторами, обеспечивающими повышение прочностных свойств УМЗ И, полученного РКУ прессованием и последующей деформационно-термической обработкой, являются не только малый размер зёрен-кристаллитов, существенный рост среднеквадратической

микродеформации кристаллической решётки, но и текстурное упрочнение материала.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы:

1. Установлены особенности рентгенограмм УМЗ чистых Си и И с различным типом кристаллической решётки, полученных различными методами ИПД. Для рентгеновских пиков исследованных ИПД металлов характерны: форма профиля, преимущественно описывающаяся функцией Лоренца (~90-95%); интегральная ширина физического профиля, превышающая соответствующее значение для отожжённого крупнокристаллического состояния в 7/12 раз; повышенная интегральная интенсивность диффузного фона рассеяния (на 5-5-6%). Показано, что данные изменения обусловлены высокой плотностью дефектов кристаллического строения и спецификой их распределения.

2. В ИПД Си обнаружены увеличения коэффициента теплового расширения (в 3 раза), параметра Дебая-Уоллера (в 2 раза), динамических (до ~48%) и статических (до ~45%)) атомных смещений из узлов кристаллической решётки, а также уменьшение температуры Дебая (на ~19-23%). Изменения последней численно сопоставлены и согласуются с известными данными об уменьшении модулей упругости в ИПД Си, обнаруженных с помощью ультразвуковых экспериментов.

3. Численные оценки, проведённые в предположении справедливости двухфазной модели ИПД металлов, показали, что температура Дебая зернограничной области УМЗ Си более чем в 2 раза ниже соответствующей

величины для КК состояния, а прочность межатомных связей в зернограничной области в несколько раз слабее соответствующего значения в крупнокристаллической Си.

4. В результате анализа формирования кристаллографической текстуры обнаружено, что тип кристаллографической текстуры, формирующейся при различных методах ИПД в УМЗ Си и Ti, характеризуется одинаковым набором компонент для данного материала ( ориентировками типа {hkl}<110>, {111}<uvw> для Си и {0001}<uvtw> для Ti), что обусловлено действием сдвиговых мод деформации.

5. Установлено, что характер протекания возврата и роста зерен при низкотемпературном отжиге зависит от их принадлежности к определённой текстурной компоненте, что свидетельствует о неоднородном накоплении кристаллических дефектов в процессе ИПД. Выявлено, что рекристаллизация в ИПД Си происходит без изменения кристаллографической ориентации зёрен.

6. Методами РСА установлены закономерности эволюции УМЗ структуры при последующем воздействии отжигами и/или деформацией. Полученные результаты применены для анализа деформационного поведения УМЗ Си. Обнаружено, что одновременное повышение прочности и пластичности может объясняться протеканием динамического возврата в температурном интервале 170/200 °С. С другой стороны, текстурное упрочнение вносит существенный вклад в повышение прочности УМЗ Ti. При этом прочность при испытаниях на растяжение в 2 раза превышает соответствующее значение для крупнокристаллического состояния.

Основные научные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. I.V. Alexandrov, К. Zhang, A.R Kilmametov, К. Lu, R.Z. Valiev, The X-ray characterization of the ultrafine-grained Cu processed by defferent methods of severe plastic deformation//Mater. Sci. Eng. 1997. A234-236. C. 331-334.

2. K. Zhang, I.V. Alexandrov, A.R Kilmametov, R.Z. Valiev, K. Lu, The crystallite-size dependence of structural parameters in pure ultrafine-grained copper //J.Phys. D.: Appl. Phys. 1997. V.30. P. 3008-3015.

3. I.V. Alexandrov, N.A. Enikeev, A.R. Kilmametov, R.Z. Valiev, Microstructure and propeties of nanocristals, Proceedings of the International conference on the Quantitative Description of Materials Microstucture (Q-MAT'97).

1997. P. 173-184.

4. И.В. Александров, А.Р. Кильмаметов, М.М. Мышляев, Р.З. Валиев, Особенности структуры нанокристаллических материалов, полученных интенсивной пластической деформацией // Сб. научн. трудов «Структура, фазовые превращения и свойства нанокристаллических сплавов». -Екатеринбург: Изд. УрО РАН. 1997. С. 57-69.

5. Н.А Красильников, Г.И. Рааб, А.Р. Кильмаметов, И.В. Александров, Р.З. Валиев, Получение и исследование высокопрочной и термостабильной наноструктурной меди // Физика металлов и металловедение. - 1998. Т. 86. № 5. С. 106-114.

6. И.В. Александров, А.Р. Кильмаметов, В.В. Столяров, Л.О. Шестакова, Структурные особенности высокопрочного титана, полученного интенсивной пластической деформацией // Сб. трудов «Структура и свойства нанокристаллических материалов». Екатеринбург: Изд. УрО РАН. 1999. С. 185-195.

7. И.В. Александров, P.M. Мазитов, А.Р. Кильмаметов, К. Джанг, К. Лу, Р.З. Валиев, Рентгеноструктурный анализ термического поведения наноструктурной меди, полученной интенсивной пластической деформацией // Физика металлов и металловедение. 2000. Т.90. № 2. С. 77-82.

8. И.Ю. Пышминцев, Р.З. Валиев, А.А. Хотинов, А.Р. Кильмаметов, И.В. Александров, А.А. Попов, Особенности механического поведения меди с субмикрокристаллической структурой // Физика металлов и металловедение. 2001. Т. 92. № 1.С. 99-106.

9. A.R. Kilmametov, К. Zhang, I.V. Alexandrov, R.M. Mazitov, K. Lu X-ray analysis of the defect structure in Cu subjected to severe plastic deformation // Mater. Sci. Forum. 2001. Vols. 378-381, P. 457-462.

10. I.V. Alexandrov, A.R. Kilmametov, N.A. Enikeev, A.A. Dubravina, R.Z. Valiev, X-ray analysis of SPD nanostructured materials // Proceeding of International conference "Ultrafine Grained Materials II", TMS (The Minerals, Metals and Materials Society). 2002. P. 623-632.

11. I.V. Alexandrov, A.A. Dubravina, A.R. Kilmametov, V.U. Kazykhanov, R.Z. Valiev, Textures in nanostructured metals processed by severe plastic deformation // Metals and Mats. Int. 2003. V. 9. № 2. P. 151-156.

12. A.R. Kilmametov, I.V. Alexandrov, A.A. Dubravina, Texture analysis of nanostructured metals produced by severe plastic deformation // Mater. Sci. Forum. 2004. Vols. 443-444. P. 243-246.

КИЛЬМАМЕТОВ Аскар Раитович

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕДИ И ТИТАНА, ПОДВЕРГНУТЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 021319 от 05.01.99 г.

Подписано в печать 06.02.2004 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Компьютерный набор. Гарнитура Times. Отпечатано на ризографе. Усл. Печ.л. 2,3. Уч.-изд.л. 2,7. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр Башкирскогоуниверситета. Отпечатано на множительномучастке Башкирского университета. 450074. Уфа, ул. Фрунзе, 32. Тел.:(3472)236-710

IP- 46 О 9

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1 Способы формирования ультрамелкозсрнистых структур в металлах.

1.2. Особенности структуры и свойства ультрамелкозернистых металлов, полученных методами интенсивной пластической деформацией.

1.2.1. Типичные микроструктуры.

1.2.2. Особенности строения границ зёрен.

1.2.3. Структурная модель ультрамелкозернистых металлов.

1.2.4. Уникальные физико-механические свойства.

1.3. Применение рентгеноструктурного анализа для исследования ультрамелкозернистых металлов.

1.4. Постановка задачи.

2. Материалы и методы исследований.

2.1. Объекты для исследований.

2.2. Методы интенсивной пластической деформации.

2.3. Методы рентгеноструктурного анализа.

2.3.1. Экспериментальные условия рентгеновских съёмок.

2.3.2. Анализ формы профиля и уширений рентгеновских пиков.

2.3.3. Определение параметров атомного колебательного спектра.

2.3.4. Текстурный анализ.

2.4. Методы механических испытаний.

3. Исследование ультрамелкозернистой меди.

3.1. Особенности рентгенограмм.

3.2. Анализ физического уширепия рентгеновских пиков.

3.3. Температурная зависимость характеристик атомного колебательного спектра.

3.4. Формирование кристаллографической текстуры.

4. Эволюция микроструктуры и свойств ультрамслкозсрнистой меди при термических воздействиях и пластической деформации.

4.1. Влияние изотермических отжигов на характеристики микроструктуры.

4.2. Эволюция кристаллографической текстуры при изотермических отжигах.

4.3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства.

4.4. Влияние термомеханической обработки на механические свойства.

5. Исследование ультрамелкозерпистого титана.

5.1. Анализ особенностей строения рентгеновских дифракционных максимумов.

5.2. Эволюция кристаллографической текстуры.

5.3. Взаимосвязь особенностей структуры и механических свойств.

Выводы.

Актуальность темы. В последнее десятилетие разработка способов получения и исследование структуры и свойств ультрамелкозернистых (УМЗ) металлов (наиокристаллических и субмикрокристаллических), являются актуальным направлением физики твёрдого тела и физического материаловедения. Это связано с тем, что данный тип материалов обладает уникальным комплексом физических и механических свойств и, как следствие, весьма привлекательны для широкого использования в промышленности и медицине. В частности, УМЗ металлы обладают изменёнными по сравнению с крупнокристаллическими (КК) состояниями фундаментальными, обычно структурно-нечувствительными свойствами, среди которых упругие модули, температуры Кюри и Дебая, намагниченность насыщения и другие. Перспективными способами формирования в металлах УМЗ структур являются методы интенсивной пластической деформации (ИПД). Главными достоинствами последних являются возможность получения массивных УМЗ образцов из различных металлов и сплавов, полное отсутствие в них пористости.

Особая роль в исследовании ИПД материалов отводится методам рентгсноструктурного анализа (РСА), поскольку УМЗ структура является идеально мозаичной с точки зрения условий рассеяния рентгеновских лучей в рамках кинематической теории дифракции, когда благодаря малости областей когерентного рассеяния (размеров зёрен-кристаллитов) можно пренебречь взаимодействием падающей и рассеянных волн. В то же время, столь мелкодисперсная структура сильно затрудняет применение методов просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), что создаёт предпосылки для более активного развития и применения методов РСА в отношении УМЗ металлов.

К моменту постановки задач данной диссертационной работы с помощью РСА было установлено, что формирование УМЗ (наноструктурпых) состояний методами газовой конденсации и закалки из жидкого состояния сопровождается изменением целого ряда структурных параметров. Однако систематический и детальный РСА УМЗ металлов, полученных методами ИПД пе проводился.

Цель работы: установить с использованием различных методов РСА параметры УМЗ структур, сформированных интенсивной пластической деформации, и исследовать их связь с формированием уникального комплекса физических и механических свойств в чистых меди и титане. Для получения УМЗ структур использовали два метода ИПД - кручения под высоким давлением и равнокаиально-угловое (РКУ) прессование. В качестве материалов исследования были выбраны чистые медь и титан, являющиеся типичными представителями металлов с различным типом кристаллической решётки.

Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1. Получить количественную информацию о специфических дефектных структурах УМЗ меди и титана, сформированных в результате ИПД. Развить существующую структурную модель ИПД металлов, выявить структурные особенности зернограничной фазы.

2. Установить закономерности формирования кристалло1рафической текстуры для различных схем ИПД и различных типов кристаллической решётки, выявить основные кристаллографические ориентации зёрен, характерные для УМЗ меди и титана, полученных методами ИПД.

3. Установить закономерности эволюции УМЗ структур при низкотемпературных отжигах и пластической деформации. Применить полученные закономерности для объяснения механического поведения чистых УМЗ меди и титана.

Научная новизна:

Установлены особенности рентгенограмм УМЗ чистых меди и титана с различным типом кристаллической решётки, полученных различными методами ИПД. Показано, что для рентгеновских пиков исследованных металлов после ИПД характерны: форма профиля, преимущественно описываемая функцией Лоренца (~90ч-95%); интегральная ширина физического профиля, превышающая в 7-М 2 раз соответствующее значение для отожжённого крупнокристаллического состояния; повышенная на 5-^6% интегральная интенсивность фона рассеяния по сравнению с состоянием до ИПД. Показано, что данные изменения обусловлены высокой плотностью дефектов кристаллического строения и спецификой их распределения (преимущественно в границах зёрен).

Обнаружены увеличение коэффициента теплового расширения (в 3 раза), параметра Дебая-Уоллсра (в 2 раза), динамических (до ~48%) и статических (до

45%) атомных смещений из узлов кристаллической решётки и уменьшение температуры Дебая (на ~ 19-5-23%) по сравнению с исходным состоянием. Отклонения последней величины численно сопоставлены и согласуются с известными данными об уменьшении модулей упругости в меди после РКУ прессования. Указанные выше изменения свидетельствуют о преобразовании атомного колебательного спектра, вызванного концентрацией дефектов в зернограничных областях.

Впервые на основе экспериментальных рентгеновских исследований сделаны численные оценки характеристик атомного колебательного спектра для неравновесной зернограпичной области. Показано, что температура Дебая зернограничиой области УМЗ меди более чем в 3 раза ниже соответствующей величины для крупнокристаллического состояния, а прочность межатомных связей в зернограпичной области на порядок слабее соответствующего значения в крупнокристаллической меди.

Обнаружено, что тип кристаллографической текстуры, формирующейся при различных методах ИПД (кручение под высоким давлением и РКУ прессование) в УМЗ меди и титане, характеризуется одинаковым набором компонент для данного материала, а именно, ориентировками типа {hkl}<110>, {111}<uvw> для меди и {0001 }<uvtw> для титана.

Установлено, что характер протекания возврата и роста зерен при низкотемпературном отжиге зависит от принадлежности последних к определённой текстурной компоненте, что свидетельствует о неоднородном накоплении кристаллических дефектов в процессе ИПД. Выявлено, что рекристаллизация в ИПД меди происходит без изменения кристаллографической ориентации зёрен.

Установленные закономерности эволюции УМЗ структуры при последующем воздействии отжигами и/или деформацией применены для анализа деформационного поведения УМЗ меди. Обнаружено, что одновременное повышение прочности и пластичности может объясняться протеканием динамического возврата в температурном интервале 170-200 °С. Выявлено, что текстурное упрочнение является одним из факторов, обеспечивающих двукратное повышение прочности УМЗ титана относительно крупнокристаллического состояния.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты позволяют охарактеризовать структурные особенности УМЗ металлов и оказывают существенную помощь в установлении взаимосвязи между необычными механическими свойствами и структурными параметрами исследованных металлов, учитывая формирование в них специфической дефектной структуры. Полученная методами РСА новая количественная информация о неравновесных зерпограничпых объёмах дополняет и развивает существующую структурную модель УМЗ металлов, полученных ИПД. Установленные закономерности текстурообразования в чистых УМЗ меди и титане полезны для анализа напряжённо-деформированного состояния, формирующегося в ходе ИПД, а также для развития самих методов ИПД.

Основные положения, выносимые на защиту:

Количественные характеристики атомного колебательного спектра в УМЗ меди, обусловленные неравновесным состоянием границ зёрен, формирующимся в результате интенсивной пластической деформации.

Результаты исследования кристаллографической текстуры в УМЗ меди (ГЦК решётка) и титане (ГПУ решётка), полученных различными способами интенсивной пластической деформации.

Установленные методами РСА особенности изменения структуры при низкотемпературных отжигах и/или пластической деформации.

Объяснение механического поведения на основе установленных методами РСА закономерностей эволюции УМЗ структуры.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: VII и VIII Международных семинарах «Структура, дефекты и свойства нанокристаллических, ультрадисперспых и мультислойных материалов», г. Екатеринбург, Россия, 1996 и 1998 годы; Международной конференции по количественному описанию микроструктуры материалов Q-MAT 97, г. Варшава, Польша, 1997 г.; Международной конференции серии NATO ASI "Паноструктурные материалы", г. Санкт-Петербург, Россия, 1997 г.; Международной конференции «Texture and properties of materials», г. Екатеринбург,

Россия, 1997 г.; XIV Уральской школе металловедов-термистов «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов», г. Ижевск, Россия, 1998 г.; I Международном семинаре серии NATO ARW «Исследование и применение интенсивной пластической деформации», Москва, Россия, 1999 г.; Всероссийском семинаре «Бершптейновские чтения», Москва, Россия, 1999 г.; VII и VIII Международных конференциях «European powder diffraction conference» -EPDIC-7, г. Барселона, Испания, 2000 г. и EPDIC-8, г. Уписала, Швеция, 2002 г.; V Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсиых систем», г. Екатеринбург, Россия, 2000 г.; III Международной конференции по дифракционным методам «Size-strain III», г. Тренто, Италия, 2001 г.; Международном семинаре «Hard synchrotron X-rays for texture and strain analysis», r. Гамбург, Германия, 2003 г.; Международной конференции «Nanomaterials and nanotechnologies-2003», Крит, Греция, 2003 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 статей в реферируемых журналах и сборниках, 23 тезиса докладов в трудах всероссийских и международных конференций и семинаров.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитированной литературы, содержит 44 рисунка, 15 таблиц и изложена на 138 страницах. Список литературы включает 127 наименований.

ВЫВОДЫ

1. Установлены особенности рентгенограмм УМЗ чистых металлов с различным типом кристаллической решётки, полученных различными методами ИПД. Для рентгеновских пиков ИПД металлов характерны: форма профиля, преимущественно описывающаяся функцией Лоренца (~90-95%); интегральная ширина физического профиля, превышающая соответствующее значение для отожжённого крупнокристаллического состояния в 7-И2 раз; повышенная интегральная интенсивность диффузного фона рассеяния (на 5-5-6%).

2. На примере ИПД меди установлено, что специфика распределения дефектов приводит к изменению атомного колебательного спектра, на что указывает увеличение величины коэффициента теплового расширения (в 3 раза), параметра Дебая-Уоллера (в 2 раза), динамических (до -48%) и статических (до -45%)) атомных смешений из узлов кристаллической решётки и уменьшение температуры Дебая (на ~ 19-23%). Изменения последней численно сопоставлены и согласуются с известными данными об уменьшении модулей упругости в ИПД меди.

3. В рамках двухфазной модели ИПД материалов (совершенного кристаллического объёма и неравновесного зернограничпого объёма), показано, что температура Дебая зерпограничиой области УМЗ меди более чем в 2 раза ниже соответствующей величины для крупнокристаллического состояния, а прочность межатомных связей в зерпограничиой области в несколько раз слабее соответствующего значения в крупнокристаллической меди.

4. Обнаружено, что тип кристаллографической текстуры, сформированный различными методами ИПД в УМЗ меди и титане характеризуется одинаковым набором компонент для данного материала ( ориентировками типа {hkl}<110>, {111}<uvw> для меди и {0001}<uvtw> для титана), что обусловлено действием сдвиговых мод деформации.

5. Установлено, что характер протекания возврата и роста зерен при низкотемпературном отжиге зависит от их принадлежности к определённой текстурной компоненте, что свидетельствует о неоднородном накоплении кристаллических дефектов в процессе ИПД. Выявлено, что рекристаллизация в ИПД меди происходит без изменения кристаллографической ориентации зёрен.

6. Методами РСА установлены закономерности эволюции УМЗ структуры при последующем воздействии отжигами и/или деформацией применены для анализа деформационного поведения УМЗ меди. Обнаружено, что одновременное повышение прочности и пластичности может объясняться протеканием динамического возврата в температурном интервале 170-200 °С. С другой стороны, текстурное упрочнение вносит существенный вклад в повышение прочности УМЗ титане. Для него прочность при испытаниях на растяжение в 2 раза превышает соответствующее значение для крупнокристаллического состояния.

1. Koch С.С., Cho Y.S. Nanocrystals by high energy ball milling И NanoStructured Materials 1 (1992) 207-212.

2. Islamgaliev R.K., F Chmelik., Kuzel R. Thermal stability of submicron grained copper and nickel // Mat.Sci.Eng. A237 (1997) 43-49.

3. Korznikov A., Dimitrov O., Korznikova G. Thermal evolution of the structure of ultra fine grained materials produced by severe plastic deformation // Ann.Chim.Science des Materiawc2\ (1996) 443-460.

4. Mishra R.S., Valiev R.Z., McFadden S.X., Islamgaliev R.K., Mukherjee A.K. Severe plastic deformation processing and high strain rate superplasticity in aluminum matrix composite II Scripta Mater. 40 (1999) 1151-1155.

5. McFadden S.X., Mishra R.S., Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Mukherjee A.K. Low-temperature superplasticity in nanostructured nickel and metal alloys // Nature, 398 (1999)684-686.

6. Valiev R.Z., Kozlov E.V., Ivanov Yu.F., Lian J., Nazarov A.A., Baudelet B. Deformation behaviour of ultrafine-grained copper // Acta Met. 42 (1994) 2467-2473.

7. Mulyukov R.R., Akhmadeev N.A., Mikhailov S.B., Valiev R.Z. Strain amplitude dependence of internal friction and strength of submicrometrc-grained copper II Mat.Sci.Eng. A171 (1993) 143-149.

8. Вапиев P.3., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией, Москва, Логос, 2000, 272 с.

9. R.Rosetti, J.L.Ellison, J.M.Gibson, L.E.Brus // J.Chem.Phys. 80 (1984) 4464.

10. J.Jing, A.Calka and S.J.Campbell. Mechanical alloying of Fe-B // J.Phys.: Condens.Matter 3 (1991) 7413-7420.

11. K.Lu, J.T.Wang, W.D.Wei, Scripta Met. 25 (1991) 619.

12. Structure and deformation behavior of armko iron subjected to severe plastic deformation / Valiev R.Z., Ivanisenco Yu.V., Rauch E.F., Baudelet B. // Acta Mater. -1996. v.44. - 12. - P.4705-4712.

13. Вапиев P.3., Кайбышев O.A., Кузнецов P.И., Мусалимов Р.Ш., Ценев Н.К. Низкотемпературная сверхпластичность металлических материалов // ДАН СССР 301 (1988) 864-866.

14. V.Kohlschutter, C.Ehlers И Zs.Electrochem. 18 (1912) 373.

15. R.Z. Valiev, R.K.IsIamgaliev, I.V.AIcxandrov. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progr.Mater.Sci. 2000. 45. C. 103-189.

16. Valiev R.Z., Krasilnikov N.A., Tsenev N.K. Plastic deformation of alloys with submicron structure II Mat.Sci.Eng. 1991. A137. C. 35-40.

17. Langford G., Cohen M. Microstructure of armco-iron subjected to severe plastic drawing // Trans.ASM 1969. V. 82. C. 623-632.

18. B.B.Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов, Москва, Металлургия, 1986, 279 с.

19. Gleiter Н. Materials with ultrafine microstructurcs: retrospective and perspective. //Nanostructur. Mat. 1992. V.l. P. 1-19.

20. Valiev R.Z., Tsenev N.K. The non-equilibrium state of grain boundaries and the grain boundary precipitations in aluminium alloys. // Phis. Stat. Sol. (a) 1989. - v.l 15. -P. 451-457.

21. Grain boundary influence on the electron resistance of submicron grained copper / Islamgaleev R.K., Akhmadecv N.A., Mulyukov R.R. et.al. // Phil. Stat. Sol.(a). -1990. V.l 18. P. 127-129.

22. Gleiter H. Nanostructured Materials: state of art and perspectives // Nanostructur. Mat. 1995. V.6. P.3-14.

23. Nazarov A.A., Romanov A.E., Valiev R.Z. On the structure, stress fields and energy of non-equilibrium grain boundaries // Acta Metal. Mater. 1993. 41. № 4. P. 10331040.

24. Valiev R.Z., Mulyukov R.R, Ovhinnikov V.V., Shabashov V.A. Mossbauer analysis of submicrometer grained iron // Scripta Mat. 1991. V.25. P.2717-2722.

25. Валиев P.3., Вергазов B.H., Герцман В.Ю. Кристаллографический анализ границ зерен в практике электронной микроскопии.—М.: Наука, 1991. 232 с.

26. Гляйтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зерен.—М.: Мир, 1975. 376 с.

27. Орлов А.Н., Перевезенцев В.Н., Рыбии В.В. Границы зерен в металлах.—М.: Металлургия, 1980. 156 с.

28. Косевич В.М., Иевлев В.М., Палатиик JI.C., Федорепко И.А. Структура межкристаллитных и межфазных границ.—М.: Металлургия, 1980. 256с.

29. Bollmann W. Crystal dcfects and crystalline interfaces.— Berlin: Springer Verlag, 1970. 368 p.

30. Humphreys F.J., Prangnell P.B., Bowen J.R., Gholinia A. and Harris C. Development stable fine-grain structures by large strain deformation // Transactions of the Royal Society A. London. 1999. V.357. P. 1663-1680.

31. Даниленко В.Н. Спектр разориентировок границ зерен в рскристаллизованном субмикрокристалличсском нихроме // Металлофизика и новейшие технологии. 1998. 20. №9. С.7-9.

32. Валиев Р.З., Исламгалиев Р.К. Структура и механическое поведение ультрамелкозерпистых металлов и сплавов, подвергнутых интенсивной пластической деформации // ФММ. 1998. Т. 85. №3. С.161-177.

33. Mishin О.V., Gertsman V.Yu., Valiev R.Z. and Gottsnein G. Grain boundary distributions, texture and mechanical properties of ultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation // Scripta Mat. 1996. V.35. P.873-880.

34. Humphreys F.J., Prangnell P.B. and Priestncr R. Fine-grained alloys by thcrmomechanical processing // Proc.4th Int. Conf. Recrystallization and Related Phenomena, eds. by Sakai T. and Suzuki H.G. 1999. Japan. P.69-78.

35. Gholinia A., Prangnell P.B. and Markushcv M.V. The effect of strain path on the development of deformation structures in severely deformed aluminium alloys processed by ECAE // Acta Mat. 2000. - 48. - P. 1115-1130.

36. Исламгалиев P.K., Валиев Р.З. Распределение упругих деформаций вблизи границ зерен в ультромелкозернистой меди // ФММ. 1999. Т.87. Вып.З. С.46-52.

37. Мусалимов Р.Ш., Валиев Р.З. Электронная микроскопия высокого разрешения нанокристаллических материалов // ФММ. 1994. Т.78. Вып.6. С.114-121.

38. Horita Z., Smith D.J., Furukawa M. et al. High-resolution electron microscopy observation in submicromcter-grained Al-Mg alloy // Mat. Sci. Forum. 1996. V.204-206. P.437-442.

39. Horita Z., Smith D.J., Furukawa M. et al. Observation of grain boundary structure in submicrograined Cu and Ni using high-resolution electron microscopy // J. Mater. Res. 1998. 13. P.446-450.

40. Valiev R.Z., Ivanisenco Yu.V., Rauch E.F., Baudclet B. Structure and deformation behavior of armko iron subjected to severe plastic deformation // Acta Mater. 1996. V.44. 12. P.4705-4712.

41. Valiev R.Z., Gertsman V.Yu., Kaibyshcv O.A. Grain boundary structure and properties under external influences // Phys. Stat. Sol. (a). 1980. 61. P.95-99.

42. Valiev R.Z., Gertsman V.Yu., Kaibyshev O.A. On the nature of grain boundary structure recovery// Phys. Stat. Sol. (a). 1986. 97. P.51-56.

43. Кайбышев O.A., Валиев Р.З. Границы зерен и свойства металлов. М.: Металлургия, 1987.214 с.

44. Valiev R.Z. Approach to nanostructured solids through the studies of submicrori grained polycrystals //Nanostruct. Mat. 1995. V.6. P.73-82.

45. Gertsman V.Yu., Birrindger R., Valiev R.Z., Gleitcr H. On the structure and strength of ultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation // Scripta Metal. Mater. 1993. V.30. P.l 100-1106.

46. Languillaume J., Chmelik F., Kapelski G. et. al. Microstructures and hardness of ultrafine-grained Ni3AI //Acta Metal. Mater. 1993. V.41. №10. P. 2953-2962.

47. Александров И.В., Валиев Р.З. Исследование нанокристаллических материалов методами рентгеноструюурного анализа // ФММ. 1994. Т.77. Вып.6. С.77-87.

48. Александров И.В. Развитие и применение методов рентгеноструюурного аниализа для исследования структуры и свойств наноструктурных материалов: Дисс.д.ф.-м.н.: 01.04.07 Уфа, 1997.350 с.

49. Eastman J.A., Fitzsimmons M.R. The thermal properties of nanocrustalline Pd from 16 to 300 К // Phil. Mag. B. 1992. 66. №5. P.667-696.

50. Qin X.Y., Wu X.J. Exothermal and endothcrmic phenomena in nanocrustallinc aluminum // Nanostruct. Mat. 1993. №2. P.99-108.

51. Alexandrov I.V., Zhang К., Kilmametov A.R., Lu K. et al. The X-ray characterization of the ultrafine-graincd Cu processed by different methods of severe plastic deformation// Mat. Sci. Eng. 1997. A234-236. P.331-334.

52. Малышева С.П. Субмикрокристаллическая структура и физико-механические свойства титана и его сплавов: Дисс.канд. техн. наук: 05.02.01 — Уфа, 2000. 154 с.

53. Сагарадзе В.В., Шабашов В.А., Лапина Т.М. Низкотемпературное деформационное растворение интерметаллидных фаз Ni3Al(Ti,Si,Zr) в Fe-Ni сплавах с ГЦК решеткой // ФММ. 1994. Т.78. №6. С.49-61.

54. Сагарадзе В.В., Морозов С.В., Шабашов В.А. Растворение сферических и пластинчатых интерметаллидов в Fe-Ni-Ti аустснитных сплавах при холодной пластической деформации // ФММ. 1988. Т.66. Вып.2. С.328-338.

55. Корзииков А.В. Структура и механические свойства металлов и сплавов, подвергнутых интенсивной пластической деформации: Дисс.д.т.п.: 01.04.07. -Уфа, 2000. 253 с.

56. Корзников А.В., Иванисеико Ю.В., Сафаров И.М. и др. Механические свойства стали У12А с нанокристалличсской структурой // Металлы. 1994. №1. С.91-97.

57. Senkov O.N., Froes F.H., Stolyarov V.V. et al. Microstructure of Al-Fe alloys subjected to severe plastic deformation // Scripta. Mat. 1998. V.38.№10. P.1511-1516.

58. Senkov O.N., Froes F.H., Stolyarov V.V. et. al.Microstructurc and microhardness of an Al-Fe alloy subjected to severe plastic deformation and aging // Nanostructruct. Mat. 1998. V.10. №5. P.691-698.

59. Бродова И.Г., Столяров В.В., Манухин А.Б. и др. Образование ультрадисперсной структуры в быстрозакристаллизованном А1 сплаве с цирконием под воздействием интенсивной пластической деформации // ФММ. 2001. Т.91. №5. С.68-74.

60. Бланк В.Д., Меллер В.Е., Коняев Ю.С., Эстрин Э.И. а-со -превращение в цирконии при деформации в условии высокого давления // ФММ. 1979. Т. 47. Вып. 5. С. 1109-1111.

61. Альшевский Ю.Л., Кульницкий Б.А., Коняев Ю.С., Усиков М.П. Структурные особенности со-фазы, возникающие в титане и цирконии при высоких давлениях // ФММ. 1984. Т. 58. Вып. 4. С. 795-803.

62. Gleiter Н.// Progress Mater. Sci. 1989. V.33. Р.223.

63. Gleiter H.// Proc. Second. Ris. Int. Symposium on Metallurgy and Materials edited by Hansen N., Leffers J., Lilholt H., Roskilde Denmark 1981. P. 15.

64. Thomas G.J., Siegel R.W., Eastman J.A. // Scr. Metall. Mater. 1990. V.24. P.201.

65. Назаров А.А. Теория неравновесных дислокационных ансамблей в границах зёрен. Дисс.д.ф.-м.н.: 01.04.07-Уфа, 1998.297 с.

66. Valiev R.Z., Alexandrov I.V., Islamgalicv R.K // NanoStructured Materials (eds. G.M. Chow and N.I. Noskova), Kluwer Academic Publ. 1998. P. 121.

67. Valiev R.Z. In: Synthesis and processing of nanocrystalline powder (ed. by David L. Bourell). The Minerals, Metals and Materials Society. 1996. P. 153.

68. Valiev R.Z., Mishra R.S., Groza J., Mukherjee A.K.// Scripta Mater. 1996. V.34. P. 1443.

69. Nazarov A.A., Romanov A.E., Valiev R.Z. On the nature of high internal stresses in ultrafine-grained materials // NanoStructured Materials, 1994. V.4. P.93.

70. Nazarov A.A. Ensembles of gliding grain boundary dislocations in ultrafine grained materials produced by severe plastic deformation// Scr. Mater. 1997. V.37. P.l 155-1162.

71. Nazarov A.A., Romanov A.E., Valiev R.Z. Random disclination ensembles in ultrafine-grained materials produced by severe plastic deformation // Scr. Met. 1996. V.34. P.729-735.

72. Морохов И.Д., Трусов Л.Д., Лаповок В.И. Физические явления в ультрадисперсных средах.— М.: Наука. 1984. 472 с.

73. Ultrafine grained materials produced by severe plastic deformation. Spesial issue. Ed. by R.Z.Valiev // Ann.Chim.Science des Materiaux 1996. 21. P.369-520.

74. Yu.R.Kolobov, G.R.Grabovetskaya, I.V.Ratochka, E.R.Kabanova, E.V.Naidenkin, T.Lowe. Effect of grain-boundary diffusion fluxes of copper on the acceleration of creep in submicrocrystalline nickel // Ann.Chim.Science des Materiaux 1996. 21. P. 483-491.

75. А.А.Ремпель, А.И.Гусев, Р.Р.Мулюков, Ы.М.Амирхамов. Микроструктура и свойства палладия, подвергнутого интенсивной пластической деформации // Металлофизика и новейшие технологии. 1996. 18. N7. С.14-22.

76. J.A.Eastman, M.R.Fitzsimmons. On the two-state microstructure of nanocrystalline chromium // J.Appl.Phys. 1995. 77. C. 522-527.

77. Akhmadeev N.A., Kobelev N.P., Mulyukov R.R., Soifer Ya.M., Valiev R.Z. The effect of heat treatment on the elastic and dissipative properties of copper with the submicrocrystalline structure// Acta Metal.Mater. 1993. 41. P. 1041-1046.

78. R.Z.Valiev, I.M.Razumovskii, V.I.Sergeev. Diffusion along grain boundaries with non-equilibrium structure H Phys.Stat.Sol.(a) 1993. 13. P.321-335.

79. Lebedev A.B., Pulnev S.A., Kopylov V.I., Burenkov Yu., Vetrov V.V.// Scr. Mater. 1996. V.35. P.1077-1083.

80. Weertman J.R. Mechanical properties of nanocrystalline materials // Mat.Sci.Eng 1993. A166. P. 161-171.

81. Morris D.G. Mechanical Behaviour of Nanostructured Materials, Switzerland // Trans.Tech. Publication LTD, 1998, 85 p.

82. Valiev R.Z. Structure and mechanical properties of ultrafine-grained materials // Mat. Sci. and Eng. 1997. A234-237. P. 59-66.

83. Gray III G.T., Lowe T.C., Cady C.M., Valiev R.Z. and Alexandrov I.V. Influence of strain rate & temperature on the mechanical response of ultra-fine grained Cu, Ni and Al-4Cu-0.5Cr. //Nanostructured Materials. 1997. V. 9. P. 477-480.

84. Валиев P.3., Александров И.В. Парадокс интенсивной пластической деформации металлов // ДАН РФ. Сер. "Техническая физика". 2001. Т. 380. №1. С.34-37.

85. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф., Печковский Э.П. и др. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов // Киев: Паукова думка. 1989.256 С.

86. Islamgaliev R.K., Kuzel R., Obraztsova E.D., Burianek J., Chmclik F., Valiev R.Z. // Mat. Sci. Eng. A 249. 1998. V. 234-236. P. 335-338.

87. Alexandrov I.V., Zhang K., Lu K. X-ray studies of crystallite size and structure defects in ultrafine-grained copper // Ann.Chim.Science des Materiaux 1996. 21. P. 407416.

88. Williamson G.K., Hall W.I I. X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram//Acta Mater. 1953. V. 1. P. 22--31.

89. Warren B.E. X-ray studies of deformed metals // Progr. Metal Phys. 1959. V. 8. P. 147-202.

90. Warren B.E. X-ray diffraction. // Dover Publ. Inc., New York. 1990. 275 p.

91. Langford J.I., Delhez R., de Keijscr Th.H. Mittemeijer E.J.// Aust. J. Phys. 1988. V.41.P.173.

92. Иверопова В.И., Ревкевич Г.П. Теория рассеяния рентгеновских лучей.— М.: МГУ, 1972. 246с.

93. Вассерман Г., Гревсн И. Текстуры металлических материалов. М., Металлургия, 1969. 655 с.

94. Кудрявцев И. П. Текстуры в металлах и сплавах. М., Металлургия, 1965. 292 с.

95. Dillamore I. L., Smallman R. Е., The status of research on textures in metals // J. Met. Sci., 1972, 6. 9. P. 184-188.

96. Langdon T.G., Furukawa M., Nemoto M., Horita Z. Using equal-channel angular pressing for refining grain size // JOM, V. 52, N 4, P. 30-33.

97. Kocks U.F., Tome C.N., Wenk H.-R. Texture and Anisotropy // Cambridge University Press, United Kingdom. 1998. Chap. 5. 187 p.

98. Toth, L.S., Neale, K.W., Jonas, J.J. Stress response and persistence characteristics of the ideal orientations of shear textures // Acta Metall. 1989. 37. P. 2197-2210.

99. Kallend J.S., Kocks U.F., Rollet A.D. and Wenk II.-R. Operational texture analysis//Mater. Sci. Engin. 1991. A132. P. 1-11.

100. James R. W. The optical principles of the diffraction of X-rays // Ithaca, New York: Cornell University Press. 1965. 360 p.

101. Bunge H. J. Mathematische Methodcn der Tcxturanalyse. Berlin // Akademie Verlag. 1969.330 р.

102. Bunge I I.J. Texture analysis in materials science // London: Buttcrworth. 1982. 593 p.

103. Бородкина M.M., Спектор Э.Н. Рентгенографический анализ текстуры металлов. М.: Металлургия, 1981, 147 с.

104. International Tables for X-ray Crystallography III, 1974 (Birmingham, Kynoch).

105. Perlovich Yu., Bunge H.J., Isaenkova M., Fesenko V. //Mater. Science Forum, 1998. V. 273-275. P. 655-666.

106. Кривоглаз M.A. Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов в неидеальных кристаллах // К: Наукова думка. 1983. 407 с.

107. Eastman J.A., Fitzsimmons M.R. On the two-state microstructure of nanocrystalline chromium // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. P. 522-527.

108. Лейбфрид Г., Людвиг В. Теория ангармонических эффектов в кристаллах // М.: ИЛ. 1963.231 с.

109. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. Кикоина И. К. // М., Атомиздат. 1976. 1006 с.

110. Тюменцсв А.Н., Пинжин Ю.П., Коротаев А.Д., Исламгалиев Р.К., Валиев Р.З. Электронномикроскопичсские исследования границ зерен вультрамелкозернистом никеле, полученном интенсивной пластической деформацией // ФММ. 1998. Т. 86. С. 110-120.

111. Gertsman Yu., Birringer R., Valicv R.Z., Gleiter H. On the structure and strength of ultra fine-grained copper produced by severe plastic deformation // Scripta Mater. 1994. V. 30. pp. 229-234.

112. Alexandrov I.V., Dubravina Л.Л., Kim H.S. Nanostructure formation in copper subjected to high pressure torsion // Defect and Diffusion Forum Diffusion and Dcfcct Forum. 2002. V.208-209. P. 229-232.

113. Lian J., Valiev R. Z., Baudelet B. On the enhanced grain growth in ultrafmc grained metals// Acta Metall. Mater. 1995. V.43. 11. P. 4165-4170.

114. Mishin O.V., Gertsman V.Yu., Gottstein G. Texture and grain boundary distributions in ultrafine-grained copper//ICOTOM 11. 1996. P. 1015-1020.

115. Ещенко P.H., Елкина O.A., Пилюгин В.П. и др. Формирование мультифазной дисперсной структуры в титане с водородом при сдвиге под давлением // ФММ. 1999. Т. 88. Вып. 2. С. 80-85.

116. Jamieson J.C. // Science. 1963. 140. № 3653. pp. 3-72.

117. Vohra Y. К., Sikka S. K. Chidambaram R. Electronic structure of omega phase of titanium and zirconium //J. Phys. F.: Metal Phys. 1979. V. 9. № 9. P. 1771-1783.

118. Вишняков Я. Д. Теория образования текстур в металлах и сплавах // М: Наука. 1979. С. 344.

119. Wcidner A., Klimanck P. X-ray substructure analysis in cold-rolled titanium // Mater. Scicnce and Engineering. 1997. A234-236. P. 814-817.