Структурный механизм формирования высоких деформирующих свойств в сплавах переходных металлов с ГДК решеткой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

штршнш ордена трудового красного знаненй

нлучно-исшдоватежш институт черно? тшмт

■ ниш й. п. барина

На сравак рукописи

турйанбеков 70реба! абдрахнан0в1ч ■.

структурная НШНИЗЙ форйяровання ввсош шфирушх свойств 8 сплавах переходных йеташ с пк решкой

01.04.07 - шш твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертапки иа сонскавнг учеао* степени кандидата ♦нзико-натенашесш мп

Ноша - 1992 г.

Работа выполнена в Институте металловедении и физики металлов ЦЯИИЧЫ имени И.П.Бардина

Научные руководи гели: доктор физико-математических наук Удовенко В.П.

кандидат Физико-математических наук Сагьндиков А.П.

Официальны* оппоненты: доктор физико-математических наук Гоманьков В.И.

кандидат ...технически*' наук Головин И.С.

Ведувая срганизация - НИИ КИ "Прометей", г. Санкт- Петербург.

Защита состоится 1992 г. в___часов

на заседании специализированного совета А 141.04.02. при Центральном «научно-исследовательском институте черной-'метал-лургии им. И.П.Бардина по адресу 107643. г. Моиква, ул. 2-я Бауманская, 9/23.

■С диссертацией ровно ознакомиться в технической библиотеке ЦНИНЧбрмета им. Н.П.Бардина.

ЙьторгФврат разослан "/К." 1992 г.

Ичаний секретарь Спсциалнэирсвлнного Совята

Кандидат* техничвЦих наук , Н.И,Александрова.

I " '

. —? Общая характеристика работы

-'•^1 ПШЙЯИОСТЬ. В настпяиее время бпльиое внимание уделяется разработке конструкционных материалов высокого ломщ'ировиния,сочетавших хороиие вибро- и звукопоглощающие характеристики, технологические и механические свойства. Ревение этой задачи требует разработки физических основ,со.1 дания принципиально новых высокодемп-" фирующнх материалов. Ллй нчучмо обоснованного поиска сплавов с нижним» Физическими свойствами необходимо глубокое пониманий связи структуры со свойствами, что возмоано только при наличии достоверных и достаточно подробных сведений о реальной структуре нетал-

• лических сплавов, на формирование которой решающее влияние оказывает фазовые переходи различных типов, реализующиеся в твердой фазе.

Среди нирокого круга различных металлических сплавов особое место занимают сплавы,обладающие мартенситн.ым превращениями. Наиболее перспективны сплавы с термоупругим превращением. Болькое внимание исследователей привлекают сплавы на основе {"-Мп. в особенности сплавы системы Нп-Си, обладающие удовлетворительной технологичность«!, хоромими прочностными свойствами и высокий демпфирующей способностью. Это свойство сплавов ^-Ип-Си обусловлено су-чествованием в них термоупругого ГЦК-^ЩТ перехода иартенситного типа, тесно скоррелнрованного с антиоерромагнитным упорядочени ем магнитных моментов атомов марганца.

Отсутствие данных о взаимосвязи характеристик демпфирования

• с параметрами тонкой атомной и кристаллической структуры этих сплавов служат препятствием для целенаправленного поиска сплавов, сочетающих необходимые технологические, механические, коррозионные и демпфирующие характеристики.

ЦЕЛЬ РЛБОТН. Комплексными методами исследовать закономерности Формирования структуры и демпфирующих свойств, а такме выявление области наиболее эффективных, для достижения высокого уровня демпфирования. составов и режимов термообработки сплавов ^-Нп-Си.

О работе рекались следующие задачи:

1. Изучение структуры и демпфирующих свойств гомогенных сплавов Нп-Си. после эакалкп их из области существования Г-фазы.

2. Изучение структуры и демпфирующих свойств, а такме кинетики их изменений в процессе низкотемпературного отжига сплавов Мп-Си с содеряаннсм Нп 9 НО'/., обладающих при комнатной температуре ГИТ структурой.

3. Построение на основ»? полученных даншм недели структурного механизме! Формирпплниа имсоклдеипфиругмегс состояния в тстрегоюль, , них сплавах Нп-Си.

4. Выявлении типа п содержания логирупцпх элементов, наиболее аффективно дейстнувдих на процессы ^ирыиропання стриктуры и демпфи-руюмих свойств ¡шеокимаргаимевих сплавов Мп-Си.

5. Изучение вэоимоспяаи структуры и демпфирующих свойств лизкомар-ганиевих сплавов Мп-Си с ГЦК стриктурой и их зависииос-ти ог системи легирования.

НйиЧНОЯ НОВИЗНА РПЛОГЫ состоит в следившей:

1. Из экспериментальных дзнннх определена закономерность формирования стриктур нигокодемнФирукщих сплавов Ип-Си в процессе отжига при Т = 400'С.

2. Уст-шподан структурный г~ханизм Формирования оисоксго демпфирования в оиспкомарганцеимх спл'кмх сС^ при комнатной температура.

3. ((ияоленЬ наиболее эффективные «Дмо^тм достижения максимального уровня дпинфиролания составе» и режимы тпрмообрабпдкн енлапои.

4. Сдерабитлн ншшй пш-икидсмпФирумий сила», на основе Ни-Си у легированный Со и (11.

5. Получен високолаСилышй высокодемпфируюцкй сплав с низкий содержание« марганца (СМв#50Х).

НА ЭПИИТУ ОТНОСЯТСЯ следующие результаты и положения:

1. Структурный механизм Формирования високодеипфирувцих свойств в гомогенных сплавах Кп-Си.

2. Закономерность формирования структур и демпфирующих свойств гетерогенных сплавов р-Нп-Сн в процессе отвита при Т - 400'С.

3. -Структурная модель формирования ошокодемпфирупцего состояния в 'рпинодалыю распадающихся сплавах типа ГС0Д40, Согласно которой в Г11Т сплавах Нп-Си на третьей стадий структурообразования, диссипация энергии происходит за счет колебательного движения двойни-куючих дислокаци" и за счет гистерезисной перестройки двойниковой 'структуры.

4. Структурная модель ■¡•ормнрокоипя пнеокомппильнога пысокоденпфи-.рупчегг; состояния в сплавах типа Г40ЛУ0. где процйре расслоения ир&исходит пп механизму зарождения и роста. Гассеяниг анергии при максимальном демпфировании происходите на стадии "твидовой" струк-тури, когда она обусловлена механизмом переориентации осей "с" тетрагональных выделений под действием знакопеременных напряжений, й, Основные требования и обоснование выбора типа лынрувжих але-кенгов для разработки нивих сплавов на основе -Ип-Си с улучаен-ииаи характеристиками демпфирующих свойств.

;'■" йШ^БдЦИЯ РКЗУ..1)ТПТОЗ, Основные результаты работы довожены 0 Ь<?всэ«.1И0'< совещании но взаимодействие меаду дислокациями и ¿тенями примесей и свойствпц сплавов (Тула.1991г.). на научно-тех-ничеекчй кл!1|'Сренцки ППС Каз.Ш (Чимкент 1391 г.).

1-. V

- Г, -

ПУБЛИКАЦИЯ. (lo темь дисгорглции niujú пикапами 0 ¡•iCuit.

ОСЬЕН РАБОТ. Диссертация состоит из рпрлрния. четырех глав, выводо^н cniicfc'ff иитируемаП литературы. Работа содержит № 1Ü0 страниц машинописного текста. 82 рисунка. 3 таблиц^,

• ОБЩЕЕ С0ДЕРШ1ИЕ PflCUTU

В ПЕРВОП ГЛПВЕ представлен обзор литературных данных об атомной и кристаллической структуре и свойствах сплавов J1 -Ип-Cu. Рас-мотрени основные Факты и суцествупцие представления об сплавах высокого демпфирования на основе Jf-Hn-Cii. Обоснована постановка задач и внбор материалов для исследования.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ описана методика проведения эксперимента.

Двойные сплавы Mn-Си'с содержанием от 25 до В5 атЛ. и легированное « элементами N1. Ga. Zn. Al, Ti. No, Cr. Со, Cd и I¡i выплавляли в открыткой индукционной печи под кризлитовнм илакои. После ковки, прокатки и закалки от 700-850 С из них изготавливали образцы для структурных исследований и измеряли денпфируваие свойств. Структуру сплавов изучали методом просвечивающей электронной микроскопии (микроскоп Tes la BS-540 с ускорявшим напряяени-ем 120 кВ ). рентгеновской дифрактометрии на Fe излучении (диф-рактометр ДРОН-3), дифракции нейтронов с Л=0,120 нм и рассеяний нейтронов на малых углах (НУР) (дифрактокетр "9НСЛ") с длиной волна Ü • 0.230 им. Логарифмический декремент колебаний и его ампли-.туднув зависимость определяли измерением амплитуд затухавших иэ-гнбиых колебаний на установке ЦНИИЧЯ, автоматизированной с по-иовов управлязвой микроЗВН СИ-1030.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ исследована структура и демпфируете свойства сплавов Mrr-Cu с С№: 25-25% в закаленном из области ¿"-Фазы состоянииц отояменнвм до метастабильного равновесия, а такяе влияние легирования на свойства,

В двойных сплавах Мп-Си исследованных составов, гомогенизированных до 100 часов и закаленных в воде, суцествует эффект блив-него расслоения, на что указывает КУР нейтронов. Согласно обцей теории дифракция нейтронов, наблюдаемое зффектм обусловлены иали-чиен в .сплавах областей корреляции в располовении атомов разного сорта, с преобладанием пар одноименных атомов, Вольвая иротявен-ность диффуэнкх эффектов указывает на малый размер областей корреляции. Средний размер выделений примерно одинаков для всех сплавов и равен 1-2 нм. Особенности. МУР нейтронов позползнт судить и о xap.jKi'pc распределения областей корреляции пп размерам. Сплава с содержание» мчрганпэ 60-65 7. Ип, облллаят особни видом МУР; я области, малых углов наблюдается четко dniлнеинмй mókihwum рагсся-

ния. Для сплавом, ле*.н;11х справа и слева от концентрационной области У. Ми, кривые МУР модифицируется - интенсивность рассеяния непрерывно возрастает вплоть до самих малих углов. Такая закономерность изменения дифракционной картини свидетельствует о Солее однородном распределении размеров областей корреляции для сплавов,лемацих в концентрационной области 50-70X1 Мп.

Исследование демпфирующей способности закаленных сплавов показало, что при пересечении концентрационной границы ГЦК—ГЦТ перехода наблюдается резкое возрастание демпфирующей способности, рис.1. Максимальным демпфированием обладают сплавы, лежачие в окрестности границ С^ 60-82. . Резное возрастание демпфирования при ■ переходе к сплавам с ГЦТ структурой одназначно означает, что оно связано, в основном, с особенностями тонкой структуры ГЦТ сплавов. Неупорядоченные тетрагональные искажения в ГЦТ сплавах не оказывают существенного влияния на их демпфйрувщне свойства.

Злектронномикроскипические исследования структуры закаленных сплавов выявили наличие регулярной двойниковой структуры,содерма-щей тонкие и грубые (комплексные) двойники, границы между которыми располагаются параллельно плоскостям (110) кристаллической ре-ветки. Каждый грубый двойник состоите из чередующихся тетрагональных кристаллов микродвойников двух из трех возможных ориентировок с взоииогерпеидикулярныыи осями "с". Подобная структура обеспечивает максимальную релаксацию напряжений, возникающих при ГЦК*»ГЦТ превращении. На границах грубых двойников наблюдаются ряды дислокаций несоответствия, служащие местами закрепления границ' иикро-двойиикоо..

Однако пр'й анализе структуры обращает на себя внимание" одна . особенность, не следуикай из теории сдвигового ГЦК**ГЦТ перехода: грубые двойники часто имеет мозаичное строение. Мозаика образует'' се как следствии одновременного действия в пределах грубого двойника двух систем двойниноваиия типа (И0). а не одной, как предсказывает теория, В мозаичной структуре различные пластины - ми, хродвойники оказывается закрепленными не одинаково: наряду с отно-г сцт«льно прочно закрепленными »« границах грубых дв&4»шков дислокациями несоответствия пластиааии, -кивются более 'свободнее'. воэ-; никаящис прм состыковке блоков аозаик«.

Результат структурных исследований позволяет «писать мха-,низм формирования демпфирующих свойств гомогенных сплавов-Мп-Си.

структь^ зтих сплавса формируется в результат« протекания еаогмоомвэанногс мгинтоструктцрного ГЦК-^ГЦТ перехода, охватывающего ть оКйи сплава, •.реорзщеине приводит к формирование двух . »ипои дооЛннчад* и. соответственно. лвийникпвих границ, йеэндчи-!1ол»ное внешнее нлнряхенно эа гчет иеупругиго перемещения двойни-

Гис.1. Ксг.нпптрашшннггя зависимость докргмонта колебании закалешшх сплавов

отя.г^.

Рпо.2. Зависимость Кг Ы и ]5 ЮТ нейтронов 12) от временя отжига пря 400°С для сплава Г60Д40.

ХМ

Рис.Э. Нейтронограшз ос-иовннх отражен и!! сплава с 602 Мп , псслэ отллга пра 400°С, 20 ч.

20

Ю

кобух границ пригодит к перестройке мозаичной субструктури. Что и обусловливает рассеяние энергии при приложении знакопеременных напряжений малой амплитуды. Поглощение энергии упругих'колебаний возможно двукя путями: за счет колебательного движения двойникув-цнх дислокаций, закрепленных дислокациями несоответствия, и во-вторых, за счет гистерпэисной перестройки мозаичной субструктуры. При зозрастании амплитуды гистпре'иснпе затухание возрастает, т.к. о ciui.'jdu возникает усло1<и§| отрыва двойпикуюцих дислокаций от tomsk закрепления. Таким, образом.демпфирование в сплаве)! Mu-Cu определяется несколькими механизмами, что и приводит к его слов-

■ ной амплитудной эаоисииости.

О области максимального демпфирования величина t достигает , 20-302 на Сольиих, и 5-Б'/. на ¿¡аяил амплитудах колебания после отжига при 400 С. Повышение температуры отжига до 450*С приводит к понижению демпфирования всех сплавов, хотя максимум его и в этом случае отвечает составу 60И Нп. В связи с этим, изучение кинетики структурных изменений и демпфирующей способности било проведено на сплаве СОИКп-АОИСи в процессе отакга при 400'С.

Изучение кинетики процесса расслоения р-тв.раствора проводилось методом КУР нейтронов. Анализ спектров МУР показал, что отпуск d течение 1-4 часов приводит ливь к возрастании интенсивности МУР нейтронов без заметного смещения нагсеиыука в сторону малых углов. После 6-20 часов отиига происходит незначительное Еиещс-ние максимума d сторону малых углов. Такое поведение спектре ' НУР нейтронов прямо свидетельствует о спинодальнон ыеханизме распада: увеличение ф.чуктуаций концентраций происходит без существенного изменения их протяженности. Интегральная интенсивность

■ НИР нейтронов (рис.2), харахтери-зупщая степень неоднородности твердого раствора, представляет плавную зависимость от времени отйиг«. С саисго начала отжига происходит возрастание""^?. Насы-кенкс, г.я. достижение метастабильного равновесия, наблвдаетса после 1С часов отжига.

Гннье Формвшктором определены размеры неоднородноетей. Размер выделений но начальных стадиях (3-4 часа) слабо меняется от времени отжига, т.е. происходит постепенный переход от ближнего к дольному расслоению. При дальнейшем отжиге наблюдается стадия огрубления структуры, на которой происходит и быстрое возрастание т разаарац потеря когерентности на границах выделений.

Таким оСроэом. в результате исследования сплава ГБОД40 в от-пуктшом г.остоянии установлено, что структурные изменения^роис-ходакие в неги,о^исяовяонк расслоение* твердого растгора по спн-ноцаллному механизму, в результате чего образуется мелкодисперсная тгеь дпух ГЦК фм (богатой и бедной по марганцу) с размерами

областей '/-10 им.

На рис.3 представле.т нейтроногрлмма сплава с 00л Мп ("нулевая" матрица о случае статистического распределения.атомов) после отжига при Т=400*С. В Результате отяига от закаленного состояния на нейтронограмме появились четкие рефлексы на месте основных отражений. Это одпазначно указывает на то. что в процессе отяига произовло концентрационное расслоение с образованием обогащенных и обедненных по нарганцу областей.

Полувирина брэггпвских отражений определяется в основной размерами неоднородностей. ксгорне имеют в рассматриваемом случае' сферическую Форму и рагин —7 им. Другим отличием нейтроиограмми отпущенного сплава является существование острых сверхструктурнмх отношений в полояениях. отвечающих наличии антиферромагнитного упорядочения 1-типз магнитиих моментов атомов марганца в ГЦК(либо ГЦТ) ячейке.

Рентгеноструктурние исследования показали.что основные брзг-говские отраяення на начальных стадиях отжига уииряйгея, по маре увеличения времени, т.е. происходит процесс расслоения/"-тв. раствора. После завераения ГЦК»ГЦТ превращения на рентгенограммах отояаеных сплавов наблвдается единая система отражений, отвечавшая только тетрагональной реветке, без каких либо следов кубической фазы, хотя по составу они явно двухфазны.

Злектронноникроскопическое исследовзние показало, что по мере увеличении продолжительности отжига в сплаес формируется различные типы микроструктуры, о чем свидетельствует изменение кон-• траста на изображениях. На первой стадии откига (1-2 ч.) сплав сохраняет характернуо для закаленного состояния ГЦК - структуру. На изображениях отсутствует какие - либо особенности конт ра'ста, свидетельствуззие о проявлении предмартенситных эффектов. На второй стадии ("4-0 ч.) паблядается так называемый "твидоннй"контраст, представляющий собой модуляции интенсивности в направлениях (ПО) обратной рсаетки. Зто, вероятно, связано с достижением в обогащенных Ыгг областях критической для реализации ГЦК-»-ГЦТ перехода концентрации этого элемента < С„»802 ): в них формируется тетрагональная структура, однако сдвиг не распространяется из обедненные 1!п - области в силу малой движущей силы* превращения. !1а треп.ей стадии (отжиг 0 ч".) происходит смена типа контраста: формируется специфическая микроструктура, которую мн назвали "паркетной". Эта структура представляет собой закономерное чередование стержнеоб-назнмх "доменов" толщиной 5-8 на, оси которых лежат в направлениях (НО). Согласно наблюдаемый на этой стадии дифракционным эффек- , том. каждый дпм?п представляет собой тетрагонально искаженную область. характеризующуюся единой огьв "с", совпадавшей с направле-

ином <0(Л> ['ЦТ ремвтки, т.е. рост выделений при отжиге и увеличение о них коцен'трации Мп обеспечивает увеличение движущей силы сдвигового превращения и распространение сдвига на обедненные области. От метнм eue одну особенность "паркетной" микроструктуры, а именно наличие двух типов.сопряжения "доменов", т.е. наблюдается состыковка доменов, имеющих взаимно перпендикулярные оси тетрагональное™ "с", либо доменов с одинаковым направлением, осей "с".

"Паркетная" микроструктура является менее выгодной, по сравнении с классической мартенситиой, с точки зрения степени релаксации возникавших при ГЦК-*-ГЦТ переходе упругих напряжений. Поэтому при увчличеьии продолжительности отжига, на четвертой стадии, происходит переход к классической двойниковой.структуре, обеспечивающей максимальнее реллксацив упругих напряжений, стойким и грубыми двойниками (ПО). Границы тонких двойиикоз, выходящие на границы грубых двойников,, закреплены на них дислокациями несоответствия, ряди которых видны на изображении. Необходимо отметить, что внутри грубых доменов двийникование осуществляется по доум системам, е результате чего формируется мозаичная структура.

Исследование демпфирующих свойств Г60Д40 закаленного из области гомогенности Г-фазы тв.раствора и отожженного при 400*С с различными временами выдержки до 20 часов (рис.4) показало, что »аыксимость «С от амплитуды деформации сложным образом зависит от времени отжига. Отжиг » течение 1-2 час. не оказкйает сколь-икСудь,заметного влияния на уровень демпфирования. Как и в закаленном состоянии, декремент колебаний ) невелик - его величина не нревимает 1-2JS. lia второй стадии Г-возрастает. и в то же время », области Висских амплитуд практически^ не зависит от амплитуды .колебаний. На «той стадии ( двухфазная ГЦК+ГЦТ стр!$тура) оероят-ними механизмами поглощения »нергии упругих колебании является дибо переориентации occtf "cw тетрагональных 'выделений*', либо их . рост под действием иапряжений-то есть движение иежцазных границ. V Ьоампино совместное действие »тих механизмов. На третьей стадии возрастание Г продолжается, в то же время во всей исследованной dûдасти амплитуд »оделяется сильная амплитудная зависимость дек ремонта колебаний, ô случае- (дынной тетрагональной структуры, ре-алдзцяаейгэ на «той стадии oîxhm. рассеяние »нергии обеспсчива-'/«,ТМ sacioï г» черезиного перемещения еиутрифазних границ "с" д^кенов, Существование сильной амплитудной-зависимости выясняется 'калцчии;« в С75>уктуре границ, характеризувцнхея разной степень» Наличие* больного числа слабо закрепленных границ оСкремягтея значение Г на «той стадии. За периодом

. с/^ду.т л«;гизд (4 •■ стлди»),когда нлбллдмт^я нонижг-

»мичинм. причем ciiflt iiiTùMiifliivy/iiitia э;>пнсии<кть сохраняется.

4v ■

m

ы> и

U t¡

(О '

5

Piic.1. Апплнтудн'ш зависимость логарифмического до-кремонта ciuiaua ГССУИО, отпущенного при 400°С.

9».

Ячо*

Рис.б. Зависимость Rf il) 80 ир- МУР нейтронов (2) от

вромони старения. Caían» АО Г40Д60.

J9 10 Til)

Рис.6. Амплитудная зависимость логарифмического декремента ооллва ГЙ0Д4С, откушенного ори 400°0.

M и Ks .q¡№1

На этой стадии, при первхпдв к двойниковой микроструктуре пр леди; закрепление границ "С- доменов на дислокациях иесоотв tuiw. Поэтому, несмотря на то. что рассеяние энергии по-превн определяется движением двойниковых границ, их подвивность и с ветсгвшно, уровень демпфируюаих свойств спивается.

Причины логировання демпфирующих сплавов Г-tin-Cu, вили мулированн ici следующих соображений: а) при легировании не до происходить сущ'ственного сумеиия высокотемпературной К* -обл спланоп Ип-Cu; S) легирогание не должно подавлять процесс рас ения: в) легирование доляно обеспечить повнаение прочностных, розионностойких свойств, 'технологичность а такве' повивать деы рувя^ГО способность. С этой целью легирование проводили такими злемснтами,как: H1. Ga, Zn, 01, Ti. Но, Сг. Со. Cd и In. Роеим термообработки выбирали в соответствии с данными о кине ке расслоения двойных сплавов Нп-Cu. Изловенным визе требован отвечают такие элементы,как Со. Cd, fil. Сг, Первые три злеые повывапт демпфирующие свойства, Сг повышает коррозионностойко -и прочностные свойства (для Г60Д40 Cti =350-450 ЫПа. С} =Ç00-6 МПа. а для ГБ0Д37ХЗ =500-550 НПа.'£ =650-700 НПа).

5 4-главе изливени способы повывения временной стабильно демпфирующих свойств сплавов Mn-Cu. Одним из основных недостг СВД на основе Мп является временная нестабильность демпфир! свойств( приводит к потере до 50% величины декремента колебг Одним из возмовмых путей повышения стабильности демпфир! свойств этих сплавов является легирование кадмием, но дополи» ные технологические слонности при выплавке и переделе сплавоЕ водят к неприемлемости этого метода.

Для разработки нор.ых высокостабильных сплавов высокого ; фнренания на основе Mn-Cu, были использованы особенности етр\ двойных сплавов с низким содеряанием.марганца (Св,левавих рестности левой границы области расслоения на диаграмме состс

Все исследованные сплавы с СМчб50Х после закалки из o6j Jf-тв.раствора обладали ГЦК структурой, параметр реветки К01 плавно возрастает по мере уьоличения содервания марганца. ( при iOO'C не меняет симметрию элементарней ячейки- на рентге рамме присутствует только система*отравений. отвечавших epej ГЦК рсаетке. Однако. о сплавах с С^ЗбХ наблюдается умены параметра. Это является следствием протекания в сплавах npoi низкотемпературного расслоения и специфической концентрацж зависимости параметров реветки f-тв.растворов системы. Нп-Cu

Исследование МУР нейтронов Ср^ЗВХ показало. что/сплаог( кого нччало отвит при Т = 400*С наблюдается заметное возрас ■интенсивности НИР. солророкдашчеег.я значительным сиеиением м<

ума МУР о сторону малых углои. Это означает, что процесс рассло-ния протекает без инкубационного периода и даже на начальник ста-иях характеризуется ростом интегральной интенсивности и размеров еоднородностей (рис,5). Следовательно, наиболее вероятным механиком расслоения для этого оплава является механизм зарождения и оста. Сказанное, подтверждается и анализом особенностей рассеяния ейтронов в области средних углов, где с самого начала отжига в кростности основних узлов наблюдается наложения узких когерент-цх пиков на разиытие диффузные максимумы.

Изучение микроструктуру показало, что она довольно сложно за-исит от времен» отяига. После кр^тковренешюго (t-'l ч, ) отжига плаи сохраняет характернуо для закаленного состояния структуру, а изображениях отсутствует какие-либо особенности контраста, хо-я процесс расслоения в сплаве протекает эффективно.

При увеличении продолжительности отжига в характере кинтрас-а происходят существенные вменения. На изображениях уавяс. иоэ-¡икает так называемый "твидовый" контраст, предстапл-лощий собой юдуляциэ интенсивности в направлениях <П0> обратной реиетки. !стестввино связать его появление с фактом достииения в богатых »арганцен выделениях критической концентрации марганца (C^SW I потерей их устойчивости относительно ГЦК-»-ГЦТ перехода. Илтрица ie сохраняет ГЦК симметрию.

Описанная структура существует и сплавах до довольно длитель-1нх (20 ч.) времени отмига. Дальнейыое увеличение продолкительнос-и приводит к возникновении нового специфического вида контраста, ¡оторого кы назвали "двойниково - подобным". На изображениях ооз-ткант протяженные пластинчатые области с границами по (110), щ>и-1еи внутренняя структура областей сохраняет "твидовый" характер, iosiio пологать, что каждая область является тетрагональным квази-юиеном, а граница отвечает случав состыковки доме ion со взаимно юрпендикулярнынн осями "с". Их появление обусловлено, очевидно ем. что при больаих временах отжига увеличение тетрагоналмюсти ¡¡•делений приводит к некоторой степени корреляции-между .ними, так ito распределение осей отдельных «властей в пределах каждого до-юна отклоняется от равновероятного. Зто и обусловливает, ^мяил«-1ие некоторой эффективной тетрагональное™ системы выделений, •асположенних в пределах каждого домена. Исследование демфируьцих [арактеристик сплавов типа ПОЛОО путем съемок амплитудной загни и-гости величины <Г свидетелствует о том. что какдчй ги указанных ;та<,ий структурообразования отвечает своя закономерность измене-|ия демфирупцих свойств. На первой ставни суыествования ГЦК структуры демфировйние пренебрежимо мало и практически не отличается )т случая закаленных спласои. При ш-р-'хг.дч но вт<>рнй с i алии, когда

- и -

нознииаот двухфазная структура( мелкие ГЦТ выделения^обогащенные по марганцу внутри ГНК обедненной матриц») происходит резкое возрастание <Г в области больжих и в области малых амплитуд колебаний (рис.6).

Таким образон "твидовая" микроструктура сплавов типа Г40Д60 обеспечивает наиболее эффективное гонение энергии упругих колебаний. Наиболее вероятным механизмом поглощения энергии в этом случае является процесс переориентации осей "с" тетрагональных выделений под влиянием знакопеременных напряжений, ifc исключено, однако. что свой вклад в поглощение энергии вносит и гистерезисное перемецение меяфазных границ между выделениями и матрицей. При переходе к дзойникоподобной структур», для которой характерно появление корреляционного взаимодействия иежду выделениями, переориентация осей "с" выделений под влиянием напряжений затрудняется и демфируюзая способность сплавов уженьвается. "Твидовая" структура выделений п сплавах типа Г40Л60 более стабильна нежели структура "паркет" сплавов Г00Д40, т.к. уровень упругих напряжений в ней иеньие. Следовательно она должна бить более устойчивой в условиях естественного старения. Данные о демфирувщих свойствах образцов сплавов тина 1-10 Л G 0 находится в полном согласии с этим'утверждением - поели полугодового вылеживания при комнатной температуре они сохранили практически неизменной сепп дркфнрувщув способность. Однако. абголитная г»личина лемфируюиих свойств низкпмлрганцепмх двойных сплавов Hn-Cu относительно невелика. Так в сплаве Г40Д60 величина /" в области больших амплитуд после обработки на максимальное декфпронпчив составляет 12 - I4X. в то время как в сплаве Г60Л40 Cs 25л.

С целые разработки способа повышения демфирувщих свойств fip^jи..тri двойных нкэкоиарганцеьых СВЛ было проведено ис-слединашн' нлилше лтировлизя на процессы структурообраэовамия и демфирувмих ггпйстп. Рнло изучгнп влияние" таких добагок. как Fe и fil. При введении в сплав ж'лезл и ванадия склонность двойных сила-нов к расслоению умрнмартся, что приводит к потере их способности к рассеянию анергии упругих колебаний. Введение «с алвминмя сбес-ш-чиголт (к'лкпе раснирпнне границ области неснемиваеиости двойных сплавов Нп-Си. Об атом свидетельствует результаты исследования ИУР иейтронощ степень распада при введении П1 резко'

возрлстлрт, о чинено нп-зл области метастаЛильного расслоения снл-цош Мп-Cu при лмгирчвлнии их блвмнниен.

Хар^ктерим* мпигимости размеров концентрационных неоднородности от иренгни отжига легированных fll сплавов практически ne «г глч'пч дсрйниу. сплавов Ип-Си, и для сих при содержании lin s ,;0У. (.п|ч»|«гд.чип11 утверждение о дпйстрии механизма за-

ть -

рождения и роста. Однако величина неоднороднпстей и легированном сплаве явно шшс.

больная склонность легированных ill сплавов Нп-Cu к расслоении обе^ечипапт существование более высокого уровня демпфирования в них. Например максимальное демфирование в сплаве типа Г40Л5ЙЙ2 достигаетв«(после 20 часов oiaura.lr^u больыих ампдптудЧюлебаний) Г« 20%. т.е. по уровни свойств сплавав приближается к сплаву Г60Д40. Как и в днойннх сплавах, максимальное демфирование реализуется на стадии образования "твидовой" микроструктуры, которая в легированных ill сплавах hocjjt менее упорядоченный характер. Резкое возрастание демлфируючнх свойств легированных алюминием сплавов являетс'я следствием не только увеличения обьеыной доли и размера ГЦТ выделений, переориентация осей "с" которых обеспечивает рассеяния энергии, но и уменьшения корреляционного взаимодействия между выделениями, облегчающе si от процесс. Увеличение *е продолжительности отжига i щфж мципнц|1 ГЙЩДГМШИГ г обеспечивает переход к двойпикооо-подобпой структуре, сопровоадаваийся резким падение» демпфирующих свойств. Таким образом дополнительное легирование низкомарганцевых сплавов типа Г40Д60 алюминием обеспечивает повышение их демфирувцих свойств до уровня сплавов типа Г60Д40 и в то же время устраняет основной недостаток последних -временную нестабильность декремента колебаний. По уровни механических свойств эти спл^ы несколько уступает сплавам типа Г С О Д 4 0: £,«350-400 МПа; 500-550 НПа; Y * 30-35/¡;fa|2000Q Hila.

' ОСНОВНЫЕ виводи

1. Методами рентгеио- и нейтронографии, просвечивавшей электронной микроскопии, а также изучением аномалий упругих и неупругих свойств, проведено комплексное исследование структуры, деип-Фирувцих и механических свойств аироього круга двойных сплавов Hn-Cu и сплавов добавочно легированных HI. Ga, Zn, Al. TÍ. Ho. tr, Со» Cd и In. выявлен структурный механизм формирования в них Высокодежпфирупщего состояния, определены составы, перспективные для'Практического использования и оптимизированы роан^ц их термообработки. 4

2. Показано, что.высокодемпируюжее состояние реализуется о закаленных двойных сплавах Hn-Cu с ГЦТ структурой (при С^Ш) за спет-существования в них сложной двойниковой микроструктуры, виз-никлвцей в результате двухступенчатого двойникивания. "Тонкие'' двойники толщиной 10-30 нм с границами раздела (ПО) абраяувт йог лоиии "грубых" дпийникоп толциной 70-300 н* с границами раздела (ПО). Особенность» этой микригтруктурм является наличие мост эа-

креплении границ "тонких" г.г лишено дм- локациями несоответствия.

3. инявленп, чтп огнппччм '¡литореи, ответственнм за р.эсвире-ние обл.г.ти СУИГСТГ ОВНИИ^ ПН . ОКОД'.МИфИрУСйНХ сплавов Нп-Си (до См >, а такяе суаествщное возрастание уровня их демпфируй «их свой'.тв (Гг- 25%), является наличие в них метэстаОильного расслоения на два изоморфних твердых раствора разной концентрации, протекавшего при отжиге в температурном интервале 350-450'С. Опрс делены пгнпвнме параметры и свойства о.тпученных при разных температурах сплавов и показано, что максимальные демпфирующие характеристики постиглкия погле отхига при Т = 400"С.

4. Поковано, что в двойных шлаках Нп-Си с СНя > 55% процесс расслоения протекает по снинодалыюму механизму, а структурообра-зьвание нчпит стадийный характер, причем можно выделить 4-стадии процесса. На 1-ой стадии сплав сохраняет среднвз ГЦК решетку выделения и матрица обладает ГШ! симметрией. На 2-ой стадии формируется двухфазная ГЦК+ГЦТ структура с характерным "твидовым" контрастом. Ма 3-ей стадии.-единая ГЦТ структура с распространением тетрагонального сдвига на богатые и бедные марганцем области и "паркетной' микроструктурой, отличной от характерной для ГЦТ мартенсита закаленных сплавов. И. наконец, на 4-ой стадии формируется классическая двойниковая мартенситная микроструктура.

5. Разработана структурная модель формирования высокодемпфи-русцего состояния в спинэдлльно распадавшихся сплавоК типа Г60Л40 согласно которой в ГЦТ сплавах Нп-Си, со структурой, отвечавшей 3-ей стадии стоуктурообразоаания. диссипация энергии происходит за счет колебательного движения двойиикувцих дислокаций и за счет гистереэииюй перестройки двойниковой структуры. Резное возрастание демнфкрувзей гиоспЛнчпи на этой стадии связано с образованием мозаичной структуры и увеличением протя*»нности и степени размытия двойниковых границ. Л;и переходе к классической двойниковой микроструктуре происходит закрепление границ "с—доменов на дислокациях мисотвеитьна н ппиимспне демпфирующей спосибности.

С. Сформулированы основные требование, предъявляемые к добав ляемам эленентзм при направленном легировании сплавов,определены типи наиболее эффективных добавок. Показано,.что легирование двой ¡на сплен-л. Нн-Сн цинк»м, кобальтом и кадмием обеспечивает повм-изние их дунп-рир^ваих сгпйстр, однако введение цинка и кадмия при в дит к ажксиио про'п'истнчх характеристик. Легирование хромом по гчча>"т (»"'•¡т.стпне слпйлтьа при птшягт">ч по сравнению с двойными енч-тг"1"/ ■тритием Д1 мпф^рцпашы. Никель и алюминий способствует нмвмменкв нл-к-ти'!"'кнч сюй' т» и члучвешш их технологичности.

7. ¡1" р'-¡ил'г.),ми ;-<||Ч1Мия демнфир'.тких. механических и тех-нолпгичеч'н)' х-!' '.т"ри<- пч; гиял1».1У. яы< пкпгп демпфирования и их

фрознолиой стойкости выявлены три грушам перспективных сплавов: - сплавыс повышенным демпфированием, к которым отнесены двойные 1лавн с содержанием марганца G0-U5Z и сплавы, легированные цин-ш. кобальтом и кадмием 13 - 5У. добавки): 2 - сплавы демпфирования повыненной ПрОЧНОСТЬП и коррозионной СТОЙКОСТИ. к которым 91iio-1тся сплавы,легированные хромом; 3 - технологичные сплавы демп-фования с повыяенной пластичностью, к которым относятся сплавы, ¡тированные никелем. Наилучаим сочетанием свойств среди сплавов •ой группы обладает сплав Г60Д40. а 2-ой - ГВ0Д37ХЗ.

8. Показано, что характерное для двойных сплавов Ип Си поми-¡ние демпфирующих свойств в процессе естественного старения обновлено переходом мозаичной субструктуры к классической двойни-)вой. Выявлено, что добавление® Cd (1 - ЗИ) стабилизирует мо-шчнуа субструктуру и практически устраняет потере демчфирувцих юйств при вылеживании.

9. Показано, что в двойных сплавах Hn-Cu с C^i 5ОХ процесс »сслоения протекает по механизму зарождения и роста, а структу-)обраэование проходит по следувщей схеме: на начальных стадиях гвига сплав сохраняет ГЦ1! структуру. Затем образуется двухфазная ДК+ГЦТ структура с "твидовым" контрастом. И. наконец, Формнрует-1 "даойннкоподобная" структура, за счет упорядоченного располо-зния ГЦТ выделений в ГЦК матрице.

10. Демпфирование сплавов с низким содержанием Hn(38fS0X) зэке возрастает на стадии. "твидовой" структуры, когда она обус-золено механизном переориентации осей "с" тетрагональных выделяй под действием знакопеременных напряжений. В связи с тем. что иотность тетрагональных выделений возрастает с увеличением вре-знн отжига, что сопровождается возникновением корреляции мевду ¿делениями. происходит снижение дсмлфирувяей спопиПиости во осей власти амплитуд колеблиий.

I l. Рээрл'штан пнспко( табилышй внсокодемпфирулчий низкоыар-»нцевый сплав с добавкой /II (1-32). Указанный сплав отличается icônim уровнем*демпфирующий способность«) (Г= 20-25/!). при зто* 1 не показывает заметного понижения ьибропоглощеши после дди-ш>ного-годового естественного старения при квмнатпой температу-j. Максимальное демпфирование, как и в двойных имзкомарганцевих тлавах Нп-Си5реализуется на стадии образования "твидовой" микро-груктури. которая в легированных fll сплавах носит моное упорядо-знный характер, что обусловливает уьсньжение корреляционного иэа-«одействия между выделениями и позыжечиг способности епчааа к зглоиенио энергии упругих колебаний.

Основное содержание диссертации опубликовано в следувцих зботах:

1. Идовснко В.П.. Полякова И.О.. Турмамбеков Т.О..Макувев C.D. Кинетичегкие особенности Формирования структуры и демпфирувщих свойств сплавов f -Hn-Cu. - Тезисы докладов семинара по применен демпфирующих материалов в н-иинпстроении, Ижевск - 1989 г. с. И

2.Ьнмтайкин Е.З., Макувев С.Ю., Дмитриев В.Б.. Полякова 11.ß., Турмамбеков Т.П. Новый конструкционный сплав высокого демпфирс вания на основе марганца - тезисы докладов семинара по применении демпфирующих материалов в машиностроении, Ияевск - 1ЯЯЗг.с.

3. Турмамбеков Т.П. Закономерности формирования структуры и демг Фирующих свойств сплавов Hn-Cu в процессе отжига. - тезисы доклг дов якпли-сеиинара молодых ученых и специалистов по проблемам фг зовых превращений о твердой теле. Хосква - 19S0 г. с.32.

4. Турмамбеков T.fl. Рысокостабильнмй высокодемпфирувщий сплав нг на основе системы Hn-Cu.- тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по созданию и освоению экологически чистых, ресурсосберегающих технологий в черной металлургии, Донецк -1331 г. с.114. '

Г'. Турмаибеков Т.П., Сагындынов Й.С. Особенности структуры демпфирующих сплавов Hn-Cu с ГЦК 'решеткой.; - тезисы докладов Всесо»; ной научно-технической конференции по создание и освоение экологический чистых, ресурсосберегающих технологий в черной металлу) -Дунецк - 1331 г.. с. 113.

Удовснко Ii.П. .Полякова H.A.. Дмитриев В.Б..Турмамбеков Т.П. ! природе формирования высокодемлфирупцего состояния в сплавах Hn-Cu типа inciaout. - тезисы докладов Всесоюзного совещания по вз< .■:*"д?йствна между дислокациями и атомами примесей и свойствами • i.-jBfiB, Тула- 1991г. с.

7. Удооенко В.Л.. Полякова li.fi.. Турмамбеков Т.П. Структура и демпфирующие свойства ГПК сплавов марганец-медь, ФММ- 1331,11, с. 142-119.

0. Виныйкии F.3., Чг.оьчто В.Я.. Дмитйев Б.Б., Накумев С.В.. Сагынднксп fi.C..Турчомбокгв Т.О. Сплав на основе марганца. -Авт.сеид. II 15БС244 от 15.04.1990 Г.