Стабильность и преобразование пластинчатых структур при высокотемпературной обработке тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ РАН

На правах рукописи

МАЗУРСКИЙ МИХАИЛ ИВАНОВИЧ

СТАБИЛЬНОСТЬ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЛАСТИНЧАТЫХ СТРУКТУР ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКЕ

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук >

Уфа 1992

Работа выполнена в Институте проблем сверхпластичности металлов РАН, г. Уфа.

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Салищев ГА,

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Попов A.A.

кандидат физико-математических наук Пшеничник А.И.

ч-дущая организация: Институт физики металлов УрО РАН.

Защита состоится 27 мая 1992 года на заседании специализирован ного Совета К.003.98.01 в НИСМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПСМ РАН.

Автореферат разослан — 1992 г.

Ваши отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 450001, г.Уфа, ул.Халтурина, 39, ИПСЫ РАН, ученому секретари специализированного Совета К.003.98.01.

Ученый секретарь специализированного Совета К.003. кандидат технических наук

В.Г.Рыжков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Пластинчатая структуре в некоторых материалах на основе титана, никеля, алюминия проявляет высокую термическую стабильность, что позволяет использоеато их о качество жаропрочных. Однако в других, например в перлитных сталях, при отжиге достаточно Cuerpo развивается сфероидизация. Материалы со сфероидизиро-ванной структурой показывают противоположные свойства, d частности, сверхпластичность. Таким образом. изменяя форму частиц, можно в широких пределах регулировать механические свойства двухфазных материков Чтобы полностью использовать эту возможность необходимо ясное тонимание закономерностей, обусловливающих образование той или иной |)орми частиц при высокотемпературной обработке В этих условиях упругие напряжении быстро р'-ланенрупт, поэтому преобладающим фактором :тднопится анизотропия м«:-* |а-чю:: -энергии С действием этого фактора •вязызают, в частности, высосу« термическую стабильность пластинча-ых структур. Однако влияние анизотропии межфазкой энергии на форму ¡астиц и ее стабильность подробно не анализировалось. Отсутсвие яс-:ости в этом вопросе c;:<'pt;!"Vi«;r решение общей задачи управления труктурей двухфазных материалов и, в том числе, не позволяет Ьол-остып выяснить причини различной термической стабильности пластин-атых структур Следует отметить, что изучение проблемы стабильности преобразования пластинчатых структур, кроме развитии фундпменгаль-ых представлений о закономерностях формирования структуры двухфяз-ых систем, имеет прямое практическое приложение. С одной стороны, но дает основу для разработки новых жаропрочных материалов на базе •.•тествешшх композитов. :¡ <■ другой стороны, позволяет выявить кяи-">лее эффективные пути подготовки мелкозернистой равноосной струн-г рн

Диссертационная работа выполнена по теме "Исследование струк-гриих особенностей Формирования мелкозернистой микроструктуры в юмчмленных сплавах" в раккзх Общесоюзной научно-технической прог-iMMU 072.09 "Сверхплястичность" по постановление ГК11Т К2405 от .09 В6 г (номер гоервгистрчцки 0137207) и комплексной программы ояышдние надежности машин" (номер госрчгистрации ООЧ5202).

Целые работы являлось изучение наиболее общих закономерностей, уславлив->»пих ст.юилыю'-тъ и преобразование пластинчатых структур и вмеокотт-шчретурной ctápaCu гк<?.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Анализ влиянии анизотропии межфазной энергии на равновесную форму частиц и поведение двухфазных систем при отжиге.

2. Изучение на примере титановых сплавов особенностей поведения пластинчатой и равноосной структуры при высокотемпературной обработке и их связи с анизотропией межфазной энергии.

3. Анализ термодинамических закономерностей преобразования пластинчатых структур.

4. Изучение факторов, влияющих на формирование канавки растворения на межзеренной границе и эффективность процесса деления пластин.

Научная новизна. Выявлены общие закономерности, ответственные за образование и стабильность сферической и пластинчатой формы частиц з двухфазных материалах при высокотемпературной обработке. Установлено, что для материалов с высоким уровнем анизотропии межфазной энергии характерны следующие особенности поведения: тенденция к преобразованию равноосной структуры в пластинчатую, высокая термическая стабильность пластинчатой структуры и необходимость рекристаллизации для ее преобразования в равноосную. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что в материалах с высоким уровнем а-изотропии межфазной энергии и равноосной структурой при длительном отжиге происходит зарождение новых частиц с "особыми" низкоэнергетическими межфазными границами, в результате чего ее морфология преобразуется в пластинчатую. Установлено, что необходимым условием преобразования пластин в материалах с высокой анизотропией межфазной энергии являемся создание термодинамического стимула к сфероидизацни, который достигается в ходе рекристаллизации устранением ориентационного соотношения фаз. Получено общее решение задачи о равновесном профиле канавки растворения на межзеренной границе, учитывающее изменение объемной свободной энергии. Выявлены закономерности формирования канавки, обусловленные влиянием свойств материала и его состояния. Экспериментально показано, что создание в титановых сплавах фазовой исрэшшвесности является эффективным средством ускорения трансформации пластинчатой структуры.

Практическая значимость. Полученные Е работе теоретические и экспериментальные результаты способствуют более глубокому пониманию ачкоцунерностей, обуславливающих формирование пластинчатой и равно-0'.:нзй С1р; ктуры е двухфазных материалах при высокотемпературной об ('¡¡боги«. Они мен ут Сшиспольчовлни при разработке жаропрочных -•¡пш'.п- ; поводен.чой 7е|:м;ы;н'к:)и (.щГ. п.идю.л ьи С^рмулиргваиы ос-

новныэ условия, необходимые для преобразования пластинчатых струн-тур. Выявлени факторы, активизирующие деление пластин на части. Все это дает основу для разработки наиболее эффективных способов преобразования пластинчатой структуры в таких практически вг.жних материалах, как перлитные стали и титановые сплавы.

На защиту выносятся :

1. Данные о влиянии анизотропии межфазчоЯ энергии на равнорес-нуп форму частиц и поведение пластинчатых структур при отжито.

2. Результаты экспериментального исследования •зполгации равноосной и пластинчатой (а+0) структуры титановых сплавов г!ри высокотемпературной обработке.

3. Результаты анализа термодинамических иакономерностеН преобразования пластинчатой формы частиц в сферическуе.

4. Данные о влиянии евоЯств материала и его исходного состояния на формирование канавок ргстворелия и активность деления пластин пп межзеречным границам.

Апробация результатов рабеты. Основные результаты работы били доло»акы и обсу*денУ1 на

3 ЗсесоюзноП конференции "Сплрхпл^стичноеть металлов", Туле, 1966г

- 5 Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в метг.лл»х н сплавах". Уфа. 19В"' г.

- Всесоюзном семинара "Физикч-трхнологнчзскив проблемы поверхности металлов", Череповец, 1'?ва г.

- Международной конференции " Рекристаллизация в металлических материалах", Австралия, Воло.чгонг, 1<;!50 г.

Публикации■ По результатам .выполненных исследований элублпкоря-но 6 статей з и центральных журналах.

Сбт-ем работ!!. Диссертации состоит ич пеедомия, пяти глав, пыве-дон, списка литературы из 76 наименований, приложения, иэлоганп пп 125 страницах, вкмечает 41 лнеунон п 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАРТГН.

Ее введении ибоспопывастсч актуальность темы, формулируется цель рнбот.ч, е такте розунптпты. вииоснмыч на яништу.

1 . С-СООР ЛИТЕРАТУР!!

В перооч разделе гл.чв;.! рассмотрена результаты не:**чедопаиий тег-мтесУоП стаб.чльчестн эятегипаских композитор. Рреле-.гвлрнч не*.'.'-

низмы их дестабилизации: нестабильность Рэлея, коагуляция (0зЬпа1й Г'1ре»1пв), миграция морфологических дефектов. Затеи изложена имеющаяся информация о влиянии анизотропии межфазной энергии на их ста-Оильпост! Показано, что композитные структуры, обладающие анизотропией межфазной энергии, более стабильны. Это обычно объясняют стабилизацией исходного плоского состояния границы раздела из-за ориента-ционной зависимости удельной межфазной энергии. Вместе с тем различие в поведении пластинчатых структур можно также обменить различием в равновесной форме частиц, которая зависит от анизотропии межфазной энергии. Второй подход к оценке влияния анизотропии межфазной энергии на термическую стабильность пластинчатых структур на получил однозначного подтверждения, но, поскольку он не противоречит известным экспериментальным данным и термодинамическим представлениям, выглядит более перспективным.

Во втором разделе главы приведены данные о стабильности деформированных пластинчатых структур. Сначала рассмотрены основные механизмы дестабилизации, связанные с воздействием деформации, в частности, различные механизмы деления пластин на части: по межяеренкым границам, по скоплениям дислокаций, в результате механического сдвига и т.д. Отмечена возможность сильной активизации диффузии в результате деформации, а также устранения исходного ориентационного соотношения фаз при взаимодействии возникающих межзеренных границ с межфазиыми. Экспериментальные данные показывают, что дополнительная деформация материалов, склонных к сфероидизации при отжиге, существенно ее ускоряет. Однако в материалах с пластинчатой равновесной формой, например в титановом сплаве ВТ9, сфероидизация развивается только лоале достаточно больших степеней деформации. Высказано предположение о том, что значимость того или иного механизма дестабили-аацки зависит от того, какая форма частиц является равновесной в данном материале, ко в любом случае в преобразовании пластин при высокотемпературной обработке велика роль деления по межзеренным границам. В заключительном разделе сформулированы задачи диссертационной работы.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

В работе использовали титановые сплавы ВТ5-1, ВТ14, ВТ22. Сплав ВТ5--1 имеет высокую температуру (а1-0) области (930-1030"С) и наи-(шяькиХ размер частиц, чю в совокупности с разработанной специально для наго кетодикой цветного травяешш сделало этот сплпв наиболее

удобным для детального исследования. Сплав ВТ22 оказался весьма полезным своей способность»! к полной закалив р-фазы.

Исходную крупнозернистую пластинчатую структуру в сплавах получали отжигом в 0-облвсти. а исходную равноосную структуру - деформацией. Длительный отжиг проводили в электропечи сопротияленич /1л« защиты от газонасыщения образцы покрывали стсклосмазкой Я ходе отжига непрерывно записывали термограмму Подготовку исходной структура для изучения влияния фазовой норивновесности и толщины пластин проводили путем ступенчатой термообработки п вакуумной печн (см. таблицу 1). •

Таблица 1

Режимы предварительной термической обработки и хлрякт«ристик» микроструктуры сплава ВТ22 о исходном состоянии

Состояние Предварительная термооОрг^Ги 'Тип Средняя толщина пластин Б, мим Объемная доля а- фазы V . У<

1 ' 2 3 1000 С, 30 мии (однофазная 0-облвсть) 82о"с. 4 ч-750 С. 2 ч 82()°С, 6 ч е20°с, 16 ч 1.2» 0.1 1.2» 0,1 2,0» 0.1 42.5 ± 2,5 27,5 » 2,5 28,0 »2,5

Деформацию осуществляли осадкой образцов е 10 х 15 мм при комнатной и повышенных температурах на.машине 1950У-1О и ТТШ'! фирма "Инстрок". Подготовку поверхности образцов и последующие металлографические исследования, в том числе количественны«), выполняли обычными методами, описанными п лит"ратуре. Цветное травление ПТ5-1 проводили окунанием в раствор, сол^р»чщиЯ плавииопуп кислоту, глицерин и уксусныД ангидрид, в течемне о,с>-2 кинут Этот тряеитоль окришиочет а-фаэу в зависимости пт орионтщпвки зорпн и химоостава.

"Особые" а/р границы пччпляли по .известным морфологическим признакам: фасетирозянию и споли{-ичпской конфигурации тройных стыков, а также по параллельному расположения мяртчнситных пластин а'-фазы и пластинчатой форме частиц.

3. ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ МЕ?ФАЗНОП ЭНЕРГИИ НА РАВИОВЕСНУ» ФОРМУ И ТЕРМИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ПЛАСТИНЧАТЫХ СТРУКТУР.

Для выявление рлвнояегной формы рассмотрена простершая модель двухфазной системы, состолиая иэ одной частицы и окружающей ее крис-

таллической матрицы. В такой системе есть два пути для минимизации межфазной энергии: либо сократить до минимума межфазную поверхность частицы, либо образовать границу раздела с минимальной удельной энергией а . В первом случае частица приобретает сферическую форму.

о

Во втором случае, в соответствии с теоремой Вульфа, возникает ограненная равновесная форма, например пластина. Чтобы выявить область существования сферической и пластинчатой равновесной формы, были получены выражения для межфазной энергии частицы с объемом У-сопвЬ при "особом" ориентационном соотношении с матрицей :

для сферы с радиусом Н Е^ДоЧ^ЫБ-ДлК^о^-кипЯ'-п'к3)

3 у ■

для диска равновесной формы (О/'Ь-^ЛО Ед~ 2пУг<т*<Го ,

где В и Ь - диаметр и толщина диска, ег^ - энергия произвольной меж-Фаэной границы, К - (<г -а ) - параметр, характеризующий уровень ани-

м о

зотропии межфазной энергии.

При интерпретации результатов вычислений исходили из следующего . Минимум ме;кфазной энергии а имеет место при определенном ориентационном соотноаении фаз и, как правило, реализуется при образовании новых частиц Еторой фазы. Поэтому анизотропия межфазной энергии появившейся в рэзультате фазового превращения пластины имеет предельный для данной двухфазной системы уровень К -(о- -<г )/<т , кото-

№ в К ■ О И

рнй определяется в основном природой фаз. Поскольку каждая двухфазная система характеризуется определенным значением К > которое может бить в интервале О я К <1, ьсэ они представлены на рис.1, где в зависимости от К показано изменение межфазной энергии сферы

шок

и равновесного диска, ¿идно, что при К ^<0.54 межфазная энергия сфеоы мсныае, чем у диска. Следовательно, равновесной формой является сфера При К^>0.54, наоборот, межфазная энергия диска меньше ытнфазной энергии сферы, поэтому равновесная форма - дчск. Исходя из ■¿того, двухфазные материалы пэ степени стабильности пластинчатой Формы можно подразделить на три группы.

Первую группу составляют материалы с: изотропией межфазной энергии ("К *0). В :>ткх материалах пластины г ермодиламически нестабильна и буду а><тиилэ сфероидизироиагься, поскольку потенциальный барьер 1к:кривпешда ми кфаьной поверхности, связанный с оркентнционной зависимоучп т. о»сут«гву=-т Поэтому их образование маловероятно.

Вторую группу сгст^алшгг изгериалы с низкой анизотропией меж-о«».ргни (Г. < 0..'14). В о той группе пльстикэ-диск является

метастаСильной формой, поскольку существует потенциальный барьер, сдерживающий искривление межфазной поверхности. Причем с увеличением К этот барьер возрастает, поэтому пластинчатая форма становится более устойчивой. Однако сфероидиэация пластин при отжиге в этих материалах возможна, так как снижает межфаэную энергию системы.

Третью группу составляют двухфазные системы с высокой анизотропией межфазной энергии (К >0.54) В этих системах пластины термо-

пв *

динамически стабильны и при отжиге не будут проявлять склонность к сфероидизации. Их устойчивость, как и в системах с низкой анизотропией межфазной энергии, тем больше, чем больше величин« К •

Чтобы оценить, насколько закономерности, выявлеиныч выше при анализе простейшей модели, соответствуют действительности, наблюдаемое поведение двухфазных систем при отжиге сопоставлено в таблиич 2 с величиной К

мах

Таблица 2

Связь наблюдаемого поведения пластинчатых структур при отжиге с анизотропией метфазной энергии.

Система Литррчтурние данные Расчет

Изменение формы частиц Орпен: анионное соотношение фаз <т о Дж/ м3 а т Дж/ мг К маи Группа

Р'е-КеБ й? о нет <т - сопя Ь - 0 К « 0 тих

Си-си^з нет а - сопвЬ - и

аРе-Ре^С ¿э —0 есть 0.55 1 ,35с 0,74 1,9Эс 0,26 0..16 1 м « в ' 'Ы£ v! 1 О

А1-СиА1„ есть 0.134 0, ?.45 0,45

РЬ-Зп -«. о есть О.ОН 0,13 0,38

са-Бн —о есть 0,08 0,13 0,30

А1-Ае2А1 '.сть 0.13 0.35 0.63 К >0.54 чая

А1-0' <".:ть 0,03 0.35 0.92

2П-л1 0 — есть 0,07 0,5-1.0 0,9

Йп-Зн есть 0,43 7 0,23 7 -

(сМ0)-Т1 о —*■ йэ есть нет данных -

Видно, что в системах oFe-Fe3C, А1-СиА1г, РЬ-Sn, Cd-Sn, как свидетельствует наблюдаемое ориентационное соотношение фаз и оценка Ктах' аниэоТР°пия межфазной энергии имеет место. Однако сферическая форма в этих системах остается равновесной, что и объясняет наблюдаемое стремление этих пластинчатых структур к сфероидизации. В системах Al-AlaAg, Al-S', Zn-Al, Zn-Sn, (a+0)-Ti высокая анизотропия ue*-фазкой энергии приводит к термодинамически стабильной пластинчатой форме. По этой причине данные пластинчатые структуры не проявляют стремление к сфероидизации при отжиге. Более того, в этих системах может наблюдаться противоположная сфероидизации тенденция, а именно: преобразование равноосной структуры в пластинчатую.

Таким образом, можно заключить, что поведение двухфазных систем при высокотемпературной обработке во многом определяется термодинамическими закономерностями, то есть стремлением к образованию и сохранении равновесной формы, которая в свою очередь зависит от уровня анизотропии ыежфазной энергии в двухфазной системе.

4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ (а+0) СТРУКТУРЫ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВЫСОКОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ МЕЖФАЗНОЙ ЭНЕРГИИ.

В данной главе на примере титановых сплавов рассмотрены особенности формирования структуры в двухфазных материалах с высокой анизотропией межфазной энергии и равновесной пластинчатой формой. Наиболее интересным и неизученным процессом в двухфазных системах с Кш«к>0,54 является преобразование исходной равноосной структуры в пластинчатую. Изменения в равноосной (а+0) структуре при отжиге были изучены на сплавах ВТ14, ВТ22 и более детально на сплаве ВТ5-1.

В начале отжига при 1000°С о сплаве ВТ5-1 сформировалась микроструктура с равноосной (полиэдрической) формой зерен а- и 0-фаз и преимущественно произвольными межфазными границами. Это подтверждают результаты статистических измерений углов ф в тройных стыках между мех,фазными и межзеренными границами После 20 часов отжига на гистограмме углов ф наблюдается максимум в интервале 120-130°, характерный для произвольных границ. Однако о увеличением продолжительности отжига ог 20 до 50 часов вместо уменьшения дисперсии происходит размытие максимума 120-130°. Характер изменения максимума указывает на то, что в ходе отжига доля стыков с произвольными межфазными границами уменьшается, а доля стыков с "особыми" межфазными границами, которые ииеиг углу V, сильно отличавшиеся от 120°, увеличивается. 'Ч-кой же вывод сле:;уог и из результатов непосредственного изучения

особенностей микроструктуры. В хода отжига сплава ВТ5-1 внутри а-зерен зарождаются новые р-частицы, имеющие "особую" межфазную границу. Они возникают либо возле тройных стыков и имеют вид треугольников, либо на отдельных в/0 или а/а границах и растут в виде пластин. С увеличением времени отжига общий характер (а+0) структуры изменяется Во-первых, а-эерна, которые раньше были зернами - соседями, отделяются друг от друга растущими новыми частицами р-фазы Во-вторых, появляется заметное количество а-зерен с пластинчатой формой. Эти изменения происходят при постоянном в среднем количественном соотношении фаз. Так, в сплаве ВТ5-1 после 2-х, 20 и 50 часов

отжига измеренные значения Ча составили 39,7*1,5%, 32,0±2,0% и 32,411,9% , соответственно. Аналогичные процессы имеют место и при отжиге других титановых сплавов.

Анализ показывает, что описанная эволюция равноосной структуры при отжиге, в том числе зарождение новых частиц, является закономерной для (а+р) и других систем с высокой анизотропией межфазной энергии и вызвана термодинамической тенденцией к уменьшению межфазной энергии за счет замены межфазных, границ с высокой удельной энергией ннзкоэнергетическими (рис.2)

При отжиге титановых сплавов с пластинчатой структурой происходит существенное укрупнение пластин, что указывает на достаточно высокую скорость диффузионного массопереноса. Однако ссрероидиэация не развивается, поскольку пластинчатая форма частиц термодинамически стабильна. Высокая устойчивость пластинчатой (а+|3) структуры и еи стремление восстановить свою пластинчатую морфологию проявляется также в специфическом изменении ее количественных параметров в течение отжига после предЕарителькой холодной деформации на е-15%. Послч двух часов отлига в деформированной пластинчатой структуре доля коротких о-пластин больше, чем в недеформированной. С увеличением продолжительности отжига это отличие нивелируется, и после 15 чэсое; отжига законы распределения длин а-плсстпн в обеих состояниях сплзы ВТ5-1 становятся практически одинаковыми. Представленные экспериментальные данные о поведении пластинчатой (<>♦•(3) структуры при отжиги после холодной деформации и в ходе горячей деформации показывают, что для преобразования пластинчатой фермы часчиц в титановых еллаьал. необходимо при обработке добиться развития рекрист{^плизас:ии. В кеде последней возникают межзеренные границы, который способствуя! устранении ориентационнсго соотношения фаз (рис.З), стабилизируемо

пластмнчатую форму, и инициирует деление пластин.

5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЛАСТИНЧАТЫХ СТРУКТУР.

В первом разделе главы на модели "частица-матрица" рассмотрены термодинамические закономерности преобразования формы частиц в двухфазных системах с различным /ровном анизотропии межфазной энергии Показано (рнс.2,3), что в системах с термодинамически стабильной пластинчатой формой (К^пх>0,54) фактический уровень анизотропии межфазной энергии в пластинчатой структуре з результате рекристаллизации снижается от исходного Кр- (ТОЧК£> А) до нуля Сточка В) и, благодаря этому, возникает термодинамический стимул к сфероидизации. Минимум межфазной энергии, достигаемый после сфероидизации (точка С), в данном случае является относительным, и возможно дальнейшее снижение межфазкой чнергии, если восстановить орионти-щюнное соотношение фаз и пластинчатую форму ч&стицы (рис.2). В двухфазных материалах с К <0,5í исходной состояние пластины-диска

так

характеризует точка Д на рис.ü. Йидно, что из этого состояния выгоден пероход на лиш.ю сферы, то есть возможна сфероидизация. В этих материалах при горпчдй обработке, сопровождающейся развитием рекристаллизации, движущая сила сфероидизнцчи также увеличивается (переход из точки Д в точку В).

Таким образом, необходимым услочием длч преобразования пластин в материалах с высокой анизотропией мо.*1разной энергии является создание термодинамического стимула к сфсфоицнзации, что и обеспечивается при воэииг.новениии межэереннных границ в ходя рекристаллизации В материалах с низкой анизотропизй межфалной энергии увеличение термодинамического стимула также слуя.ит номнлокнжной причиной ускорения сферопдизации при деформационной обработке Слпдует отметить, что необходимость рекристаллизмцин для преобразования пластин связана с созданием не только термодинамических, но и Олнгоприятннх кинетических условий, поскольку возникающие момэерениы? границы инициирупт деления пластин на болпе компактные части, которые быгтрос сфероиди-злруштся.

Во втором раздело главы рассмотрели задача о равноценном профили канавки растворения на межзрреннои границе. При этом было учтено нзмрпонир но только поверхностной, но ч ойьрмиоЙ опоОодной энергии, поскольку при углуОлеиин канавке тмеияютгя olí-«мм фаз. Полученное реа.-.чяю позволяет вычнглмтк профнл;' кэчапок пги различных значгнкнч гчрччетгоп, xat ai'r^pir<yri4,!x cuoiU-Tía чатвргзлп м ого состояние Про •

фили канавок, вычисленные для случая изотропии межфаэной энергии, полностью отражают известные представления о их формировании, что подтверждает верность избранного подхода. Влияние анизотропии межфазной энергии выражается в том, что при малых' разориентировнах поперечной межзеренной границы канавка или вообще не образуется, или ее глубина заметно меньше, чем в случае изотропии. Уже при некоторой среднеугловой разориентировке ее влияние устраняется. Установлено, что кривизна профиля канавки определяется изменением объемной свободной энергии и зависит от скорости ее возрастания в данном материале при отклонении объемоз фаз от начальных (параметр А), а также от степени фазовой неравнэвесности (параметр £). С увеличением параметра А кривизна профиля возрастает вплоть до образования бугров, которые сводят к нулю изменение объемов фаз, Аналогичное изменение профиля канавки происходит и под воздействием исходной фазовой неравно-веснссти . Найдено, что исходная фазовая неравновесность, приводящая к растворении пластины (Г<0), обеспечивает существенно большую глубину канавки (риг.4). На базе этих результатов проанализированы факторы, оказывающие существенное влияние на активность деления пластнн нп части по межзеренным границам (рис 5).

Для экспериментальной проверки в образцах сплава ВТ22 была подготовлена пластинчатая структура в трех состояниях (табл.1). Затеи

их деформировали в одинаковых условиях: Т=820°С, с=5,5х10~4с-1. Оказалось, что преобразование идет более активно при меньшей толщине а-пластин и при развитии а р превращения (рис.6). Выполненная оцени;* свидетельствует, что наблюдаемая активизация деления пластин при а 0 превращении обусловлена не уменьшением их "эффективной'' толцины, ,л большей глубиной канавок растворения, что и было предсказано (рис.4). В заключение даны рекомендации по повышению эффективности преобразования пластинчатых: структур прч высокотемпературной обработке .

ВЫВОДЫ

1. На модели "частица-матрица" выявлены области сучесгтсгнцнч пластинчатой и сферической равновесных форм а зазисишх:! .1 от >'!гз?;1:( ннизотропии меяфазной энергии. На этой оснуз^ проанзли-зкроязна термодинамические закономерности зочникнэецннм плчотанч^тсй и сфрри (»е-ной формы частиц в двухфазных материалах о различным уровней аниг»о* тропии мекфазной энергии. При сопзо1 авлькия с зк<_'пс-риж!|11.и!.ьчпми

данными установлено, что выявленные на модели закономерности во многом определяют поведение двухфазных систем при отжиге.

2. Показано, что в двухфазных материалах с высокой анизотропией межфазной энергии пластинчатая форма частиц является равновесной и, в связи с этим, для них характерны следующие особенности формирования структуры при высокотемпературной обработке: тенденция к преобразованию равноосной структуры в пластинчатую, высокая термическая стабильность пластинчатой структуры и необходимость рекристаллизации для ее преобразования в равноосную. Имеющиеся экспериментальные данные позволяют отнести к такого рода материалам (а+0) титановые сплавы и системы на основе гп-А1, А1-0", А1-АкаА1, Йп-Зп.

3. Исследована эволюция равноосной (а+0) структуры в титановых сплавах ВТ5-1,ВТ14,ВТ22 при отжиге. Во всех трех сплавах обнаружены признаки преобразования исходной равноосной структуры в пластинчатую. На примере сплавсг ВТ5-1 показано, что в ходе длительного отжига происходит зарождение новых Э-частиц с "особыми" ниэкоэнергетически-ми межфазными границами, в результате чего постепенно увеличивается доля "особых" межфаэных границ и, соответственно, изменяется морфология структуры.

4. Экспериментально на сплавах ВТ5-1 и ВТ14 изучены особенности поведения пластинчатой (я+0)структуры при отжиге, при отжиге после холодной деформации и при горячей деформации. Показано, что а-частицы при отжиге стремятся не к сфероидизации, а к сохранению пластинчатой формы. Их преобразование в равноосные частицы в ходе обработки Наблюдается только в том случае, если прошла рекристаллизация и устранено ориентационное соотношение фаз.

5. С помощью модели "частица-матрица" выполнен анализ термодинамических закономерностей преобразования пластинчатой формы в сферическую. Показано, что при рекристаллизации » материалах с высокой анизотропией мешфазной энергии создается термодинамический стимул ,к сфероидизации, а в материалах с низкой анизотропией межфазной энергии он существенно увеличивается. 6. Получено общее решение задачи о равновесном профиле канавки растворения на межзеренной границе, учитывающее изменение объемной свободной энергии. На этой Сазе проанализировано влияние различных факторов на формирование канавки и эффективность деления пластин по межзереняым границам. Анизотропия межфазной энергии препятствует углублению канавки растворения, но ее влияние устраняется при разориентировке межзеренной границы больше некоторой среднеугловой. Кривизна профиля канавки записи от чувст-

- X 5 -

вительности материала к изменению объемной доли фаз и с ее увеличением существенно возрастает вплоть до образования бугров, которые сводят к нулю изменение объемов фаз. Аналогичное изменение профиля канавки происходит и под воздействием исходной фазовой неравновес-носта. Найдено, что исходная фазовая неравновесность, приводящая к растворению пластин, обеспечивает существенно большую глубину канавки .

7. На сплаве ВТ22 выполнена экспериментальная проверка влияния асходноЯ толщины а-пласткн и фазовой неравновесности на эффективность их преобразования при горячей деформации. Найдено существенное ускорение преобразования пластин при уменьшении их исходной толщины, а такке под воздействием а 0 превращения. Анализ полученных данных свидетельствует, что наблюдаемая активизация деления пластин при а р превращении обусловлена не уменьшением их "эффективной" толщины, а большей глубиной канавок растворения, что согласуется с теоретическим результатом.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Мазурский II.И., Салищев Г.А. Влияние анизотропии межфазной энергии на форму частиц и ее стабильность.//ФММ - 1989, Т.68, Вып.5, С.1104.

2. Мазурский Ы.И., Салищев Г,А. Условия и роль рекристаллизации в процессе преобразования пластинчатой микроструктуры у титановых сплавов //Изв. АН СССР. Металлы.-1990, № 6, С.83.

3. Салищев Г.А., Мазурский М.И., Левин И.Э. Влияние фазовой неравновесности на глобуляриэацию пластинчатой микроструктуры в титановом сплаве при горячей деформации.//ФМЫ - 1990, N2 12, С.149.

4. Мазурский М.И. О возникновении низкоэнергетических межфазных границ при отжиге титанового сплава. //ФММ - 1991, N- 5, С.142.

5. M.I.Mazurski end G.A.Saliehchev. The Role of Recry3talliaa-tlon in the Transformation of Laminar Morphology During the Processing of Ti-AlloyB.//Recrystallisation-90: Proc.Int.Conf.on Haerys-talliaation in Metallic Materials.(Editor T.Chandra), 1990, Australia. P.591.

6. Салищев Г.А., Лутфуллин P.Я-, Мазурский И.И. Преобразование гпастинчатой микроструктуры в равноосную при горячей дефоимяции титанового сплава ВТ5-1.//Изв. АН СССР. Металлы-1990, Н2 3. С.113.

,«- , i

оЖп^

J ¿/

^ис.^. Связь структурных изменений ы двухфазных: системах с изменениями межфазчо.Ч энергии Е и анизотропии Лг>.

Рис.3. Схема взоимодейстыил границы раздела с нежоСренноГ: границей: а) - исходное состояние с еркентационным соотношением фаз, б)-лосло появления межяа-ренней грпнищЛ с углом разори-елтировки^ р?эориситиропка м еж-фазной границы изменилась на угол ^ , п результате чего Ъв энергия попксилас-ь доб^«^, .

Рис.1. Изменение соотношения между мекфазнои энергией сфоры и равновесного диска в зависимости от уровня анизотропии межфаз-ней энергии Л/лох® двухфазной системе.

Рис.4. Профили канавок растворения при различных значениях: пирометра $ , характеризующего степень базовой нерарнопеснссти.

Рис.б. Диаграмма, иллюстрирующая влияние глубины Канашга (У и толщины пластины 6 на деление.

Рис.6. Изменение объешой доли о^-фазн^ (а) и доли равлсссних частиц И (б) в сплаве ВТ22 в ходе гсрлчей дел^сг^мпиии при 020°С и £ = 5,5-Ю"с-£.