Текстурная и структурная неоднородность деформированных и термообработанных сплавов на основе циркония тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО - ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КАПЛИЙ Сергей Николаевич

ТЕКСТУРНАЯ И СТРУКТУРНАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ДЕФОРМИРОВАННЫХ И ТЕРМООБРАБОТАННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНИЯ

01.04.07 - Физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

Москва - 1992

Работа выполнена в Московском ордена инженерно - физическом институте

Трудового Красного Знамени

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

профессор A.A. Русаков

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Я. Д. Вишняков

кандидат технических наук С. Я. Бецофен

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. A.A. Бочвара Защита состоится " 199J г. в Л^ч .¿^¿^мин.

на заседании специализированного совета К-053.03.02 в Московском инженерно - физическом институте по адресу 115409, Москва, Каширское шоссе, д.31, тел. 324-84-98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан

1992 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в од ном экземпляре, заверенный печатью организации.

QX

Ученый секретарь специализированного совета -----В.Н. Яльцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение надежности работы ядерных энергетических установок требует улучшения эксплуатационных свойств конструкционных материалов и, в частности, труб и листов из сплавов на основе гг. В последние годы в ранках физического материаловедения все большую роль играют представления, согласно которым структурно - зависиные свойства катериалов в значительной мере контролируются структурной неоднородностью, закономерно развивающейся в процессе любой технологической обработки и оказывающейся неизбежной и неотъемлемой особенностью структуры изделия. Учет структурной неоднородности изделий требует отказа от привычного "одномерного" описания структуры с помощью тех или иных усредненных характеристик и переходу к "многомерному" описанию, при котором имеется ввиду, что поведение материалов в условиях эксплуатации изделия определяется не только усредненны-ки параметрами структуры, но и эффектами взаимодействия областей с различными локальными характеристиками.

Наличие в материале таких областей обусловлено структурной неоднородностью, одним из случаев которой является текстурная неоднородность. Для анизотропных материалов кристаллографическая текстура в значительной степени определяет уровень и анизотропию ряда физико - механических свойств. Следовательно, неоднородность текстуры может быть непосредственной причиной неоднородности или нестабильности этих свойств. Сохранение или развитие неоднородности текстуры в процессе технологической обработки металла приводит к возникновению в изделиях макронапряжений, источником которых является неоднородная реакция на внешнее воздействие различно ориентированных объемов. Последнее обстоятельство особенно актуально, когда речь идет об остаточных макронапряжениях, являющихся причиной разрушения конструкций. Поэтому исследование причин возникновения текстурной неоднородности в сплавах гг, ее классификация и эффективная оценка является важной задачей с научной и практической точек зрения.

Наличие зерен с разными кристаллографическими ориентацияки в структуре поликристалла приводит к неоднородной по объему образца деформации. Различие локальных деформаций может достигать значительной величины, поэтому критическими в смысле прочностных

и пластических свойств оказываются те структурные составляющие в окрестностях которых неоднородность деформации наибольшая Икенно с такини областями связывают коррозионное растрескивани под напряжением на границах зерен, икеющих значительную разори ентацию. Кроме того, взаимодействие различно ориентированных зе рен при силовом или термическок воздействии порождает поля внут ренних напряжений, учет которых необходим для прогноза поведеки материалов в критических условиях технологической обработки эксплуатации. Для материалов канальных и оболочечных труб ядер ных реакторов, работающих в условиях воздействия радиационны полей, агрессивных сред и механических нагрузок, тем более необ ходик учет эффектов, вызываемых неоднородным структурным состоя нием. Поэтому систематическое изучение эволюции внутренних кик роискажений в сплавах на основе гг при их пластической деформа ции и термообработке продолжает оставаться актуальной . задаче прикладного материаловедения 2г.

Цель работы состояла в установлении закономерностей форми рования неоднородности текстуры и внутренних микроискажений деформированном и отожженном гг.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Предложена методика оценки точности измерения полюсно фигуры и расчета текстурной неоднородности.

2. Показано, что аномально высокое значение коэффициент неоднородности текстуры связано с формированием и развитием материале переходной компоненты текстуры деформации.

3. Методом измерения полуширин рентгеновских линий зафикси ровано наличие в деформированном прокаткой гг неоднородност микроискажений. Показано, что регистрируемая неоднородност носит детерминированный характер и определяется типом формирую щейся при прокатке текстуры.

4. Обнаружено, что уровень кикроискажений может уменьшатьс на свободной поверхности деформируемого образца за счет релакса ции накронапряжений или увеличиваться на тех поверхностях, кото рые находятся в условиях стесненной пластической деформации.

5. Показано, что модель несовместности пластической дефор наций позволяет в основных чертах объяснить характер наблюдаемы отклонений уширения рентгеновских линий от линейной зависимости

6. В рамках модели несовместности пластической деформаци

продемонстрирована зависимость запаса пластичности изделий из циркониевых сплавов от кристаллографической текстуры.

Практическая значимость. Результаты диссертационной работы могут послужить научной основой для технологических разработок в области деформирования и термообработки сплавов йг, ставящих своей целью уменьшение влияния неоднородности структуры на физико-механические свойства. Разработанные методики могут быть использованы в условиях заводских лабораторий для количественной оценки неоднородности структуры изделий из Ъг. Предложенная модель несовместности ножет применяться в расчетах, учитывающих влияние внутренних микроискажений и неоднородности текстуры на поведение сплавов 2г в условиях механического нагружения и радиационного облучения. Практическая значимость работы подтверждена актом об использовании результатов.

Достоверность результатов. При выполнении экспериментальной части работы использовалось современное, серийно выпускаемое оборудование и апробированные методики. Воспроизводимость результатов подтверждена повторными экспериментами. Корреляция рассчитанных теоретических зависимостей с имеющимися экспериментальными данными также указывает на достоверность полученных в работе результатов.

На защиту автором выносится:

1. Методика оценки точности измерения полюсной фигуры и расчета текстурной неоднородности.

2. Закономерности формирования текстурной неоднородности в сплавах на основе Ът с различным структурным состоянием.

3. Методика исследования неоднородности структурного состояния по полуширинам рентгеновских линий с учетом текстурных весовых множителей, определяемых из обратных полюсных фигур.

4. Экспериментальные результаты, подтверждающие связь неоднородности микроискажений с типом формирующейся при прокатке текстуры и влияние стесненности деформации на уровень микроискажений .

5. Модель расчета диаграмм несовместности, позволяющие в основных чертах объяснить характер наблюдаемых отклонений ушире-ния рентгеновских линий от линейной зависимости.

6. Установленную корреляцию запаса пластичности изделий из циркониевых сплавов от кристаллографической текстуры в рамках

модели несовместности деформации.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов (г. Тольятти 1986 г.), XXXII научной конференции МИФИ (г. Москва, 1987), V VI Всесоюзных конференциях по текстуре и рекристаллизации в ме таллах и сплавах (г. Уфа, 1987 г., г. Свердловск, 1991), I Всесоюзной научно-технической конференции "Прикладная рентгеног рафия металлов" (г. Ленинград, 1990 г.), Школа-семинар по коли чественнын нетодам исследования текстуры (г.Свердловск, 1990г.) Ill, IV Всесоюзных семинарах "Структурные аспекты локализаци пластической деформации" (г. Харьков, 1989 г., г. Тула, 1990 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы. Она изложен на 197 страницах, содержит 51 рисунок, 19 таблиц и библиографи из 112 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Полная автоматизация текстурного эксперимента.

Для изучения текстурной неоднородности сплавов на основе Z использовалась нетодика съемки неполной прямой полюсной фигур: (НППФ). Значительные затраты времени на проведение измерени НППФ и наличие современной аппаратной части сопряжения физи ческих устройств с ЭВМ определили задачу полной автоматизаци текстурного эксперимента. Автором создан и внедрен в работ рентгеновской лаборатории кафедры физического материаловедени МИФИ комплекс программ "TEXTURE", предназначенный для автомати зации рентгеновской съемки текстуры и последующего расчета построения полюсных фигур.

Управление экспериментом в реальном времени происходит че рез модули управления в стандарте "КАМАК". Используются модул управления шаговыми двигателями наклона и поворота текстурно приставки конструкции СКТБ ФТИ АН Беларуси. Выполнение экспери ментальных процедур и обработка полученных результатов може производится на различных ЭВМ, объединенных в локальную вычисли тельную сеть. Редко изменяемые параметры системы оборудование программное обеспечение задаются при описании конфигурации крей

та "КАМАК". Тестовая программа, входящая в состав комплекса "TEXTURE", позволяет провести настройку внешних устройств и их тестирование. Управление экспериментом и сбор информации под контролем ЭВМ обеспечивает полную автоматизацию, включающую сьенку и расчет полюсной фигуры. Файлы исходных данных (НППФ) сохранялись на внешних носителях информации (жесткие диски, дискеты). Созданный архив содержит « 1000 полюсных фигур различных образцов из сплавов на основе Zr. Использование ЭВМ позволяет получать полные полюсные фигуры (ПППФ), без которых невозможен учет влияния текстуры на анизотропию и уровень физико-механических свойств Zr. Для этого разработано программное обеспечение расчета ПППФ из НППФ по методикам "сшивки" и экстраполяции. В методике "сшивки" предложен способ статистической оценки "сши-ваемости" полюсных фигур и алгоритм корректировки, позволяющий получать надежные результаты.

Текстурная неоднородность сплавов на основе Zr.

Изменения интенсивности на полюсных фигурах складываются из случайных ошибок регистрации, методических ошибок установки образца и неоднородности текстуры по изделию. Поэтому необходино знать, какие изменения интенсивности на полюсных фигурах, отвечающих разным обьеман одного изделия, следует отнести к проявлению неоднородности, а какие только к методическим ошибкам съемки полюсных фигур. Для определения точности измерения НППФ применялась многократная съемка одной и той же полюсной фигуры с последующим вычислением относительной дисперсии средней интенсивности в каждой j-той точке стереографической проекции по формуле:

s/ = L ik-1* )2/n(n-i)]/i

где п — число измерений полюсной фигуры, I — измеренная интенсивность в j-той точке ПФ, построенной по результатам i-той съемки, Ij — усредненное по числу полюсных фигур (п) значение интенсивности в j-той точке стереографической проекции. Учитывая сложность оценки точности НППФ, включающей определение ошибки для каждой ее точки, целесообразно ввести интегральную характеристику, определяемую одним числок:

к н

5 = I V SJ /I TJ

J = 1

где N — общее число точек на полюсной фигуре. Это число харак теризует точность измерения всей полюсной фигуры при услови отсутствия систематических ошибок. Причем максимальные ошибки областях с минимальной интенсивностью учитываются с меньши весом, чем ошибки в областях текстурных максимумов. Т.о. текстурные максимумы и текстурные минимумы дают примерно равны взвешенный вклад в величину §.

Для ряда образцов, отличающихся обработкой, были проведен серии измерений полюсных фигур"(00.1) (по 8 измерений в каждо серии). Величина не является постоянной на НППФ и варьируете в пределах от 1% в областях с максимальным значением интенсив ности до 18% и более в областях минимального ее значения Рассчитанные значения ошибки измерения полюсной фигуры (00.1 лежат в интервале от 2.2% до 19.0%.

При оценке неоднородности текстуры материала возникает не обходимость сопоставить НППФ, построенные для ряда образцов ил соседних участков одного изделия. Интерес может представлять не однородность текстуры изделия по его длине или ширине, а такж послойная неоднородность. Этим определяется принцип выбор исследуемых образцов. При описании текстурной неоднородности помощью взвешенной величины § следует иметь ввиду, что в данно случае рассчитывается суммарная величина 5, в которую входит г - методическая ошибка, и - неоднородность текстуры по изде лию. Тогда величины §,2 и 5 связаны следующим соотношением:

" 52 = З2 + 52 ■ 1

Эту связь удобно представить графически таким образом, чт по оси абсцисс откладывается величина Я , а по оси ординат - 5 (рис.1). Неоднородность текстуры выявлялась путем съемки 8-9 по люсных фигур (00.1) либо с разных образцов, либо с разных слое по глубине одного образца. Величина неоднородности текстур] исследованных образцов лежит в пределах от 0% до 12.5% и зависи от структурного состояния исследуемого материала, что демонстри рует рис.1. Величина неоднородности , выделяемая из § вычита ниен методической ошибки по приведенной выше формуле, такж оказывается чувствительной к размеру зерна. Вид диаграмм неодно родности текстуры исследованных образцов (рис.1) показывает что, по-видимому, необходимо ориентироваться на наклон соот ветствующих линий, а не на абсолютные значения 5 . Наклон можн

описать, например, отношением S /sm- Назовем выбранную величину коэффициентом неоднородности текстуры. Для деформированного прокаткой сплава Zr его величина составила 0.438, для труб штатного производства (рекристаллизованная + правка) - 0.508, для горяче-катанной пластины - 0.653, для рекристаллизованных листов -0.739 и 0.741, а для фазового превращения -1.623 и 1.558. Введение коэффициента неоднородности текстуры позволяет провести классификацию в зависимости от структурного состояния. Так деформированный материал имеет Кнт меньший, чей 0.5; рекристалли-зованный - в интервале от 0.5 до 1.0; претерпевший фазовое превращение после отжига в ^-области от 1.0 до 1.7. Проведенные границы интервалов носят достаточно условный характер и должны уточняться для каждого конкретного материала. Но сам факт зависимости неоднородности текстуры от структурного состояния имеет место.

Особенность образцов М°8 и 9 (рис.1) состоит в том, что они получены поперечной прокаткой на 95% заготовок канальных труб. При этом формируется текстура типа Т1: (00.1)Т10+20°НН-НП<11.Ь>, имеющая переходный характер. Максимумы распределения Sдля образцов N°8 и 9 (рис.2) не соответствуют областям минимальных значений на полюсной фигуре, а лежат на диаметре НН-НП вблизи текстурных наксимумов. Т.о., для образцов N°8 и 9 распределения S¡ обнаруживают дополнительные особенности, отражающие их действительную текстурную неоднородность. Максимумы распределения S выделяют на стереографической проекции ориентационные области, где однозначная реализация закономерностей образования текстуры наиболее затруднена. Таким образок, неоднозначность выбора способа деформации материала обуславливает неустойчивость этой компоненты и, как следствие, расположение наксимумов распределения S^ вблизи текстурных максимумов. Именно поэтому вычисленный Кнт для случая неустойчивой текстуры оказался наибольшим из наблюдаемых и равен 2.0 и 1.714 для сплава Zr-l%Nb-l%Sn-0.5%Fe и Zr-2.5%Nb соответственно. Следовательно, при дифрактометрической съемке текстуры общей для всех изделий является регистрация текстурной неоднородности в минимумах полюсной плотности, обусловленная статистической малостью числа фрагментов с соответствующей ориентацией в пределах исследуемого участка. Если образование текстуры в материале находится на про-

межуточной стадии и характеризуется незавершенностью формирования конечных устойчивых компонент, то текстурная неоднородность материала проявляется преимущественно в областях НППФ, где пролегают траектории переориентации зерен прокатываемого материала.

Неоднородность структурного состояния прокатанного гг.

Взаимодействие различно ориентированных зерен между собой приводит к неоднородной деформации и появлению внутренних микроискажений, что свидетельствует о структурной неоднородности на микроуровне. Избирательность исследования групп зерен, различающихся кристаллографической ориентацией позволяет применить метод определения микроискажений по полуширинам рентгеновских линий для оценки неоднородности структурного состояния. Геометрия рентгеновской дифрактометрии такова, что в формировании отражения (Ьк.1) принимают участие только те зерна, плоскость (Ьк.1) которых параллельна плоскости образца. Поэтому для определения средних микроискажений во всем образце следует воспользоваться всей совокупностью полученных рентгеновских данных. Этому требованию отвечает метод аппроксимации, учитывающий информацию от всех регистрируемых линий и позволяющий оценивать неоднородность структурного состояния зерен разной ориентации. Для корректного определения среднего уровня микроискажений (ё) в нетоде аппроксимации предлагается использовать данные текстурного анализа. Для этого рассчитывается обратная полюсная фигура исследуемой поверхности образца по стандартной методике. Значения объемной доли берутся в качестве "весов измерения" уширения

рентгеновских линий:

_ £ Г(Ь)-е(Ь) е-*=-

У i

Пользуясь методом наименьших квадратов можно вычислить усредненный уровень искажений в исследуемом образце, построив линейную зависимость /ЗСобй—(рис.3). Неоднородность структурного состояния образца проявляется в отклонениях от прямой значений ^Соэт? для некоторых ориентировок, а степень неоднородности микроискажений может быть оценена из абсолютной величины этих отклонений по локальным наклонан прямых, проведенных через все экспериментальные точки и точку А/О при 5хтЗ=0. Поскольку

1.0 рая в

0.В

0.6

0.4

0.2

0.0

0; (1Ы1 >.5)

Ы-4 К (10.4) jS Я (2U5)

(Ю.З)/ ' (20.3) х (21.1)

(00.2) У х г к 00.2)

t чао 1

о.г

03

0.4

0.5

о.е

0.7

0.8

sine

Рис. 3 Аппроксимационная пряная рСоз&-31п& для образца трубы ТМО-технологии, построенная методой взвешенных взвешенных наименьших квадратов с учетом текстуры

Рис. 4 Поле корреляции отклонений от аппроксимационной прямой и угла между (Ш. 1) и (00.1) для образцов с текстурой типа Т1

каждому отражению (Ыс.1) реально отвечает разный объем зерен, то средняя величина неоднородности е вычислялась с учетом весов, в качестве которых брались объемные доли. Вычисленная таким способом средняя неоднородность микроискажений для всех образцов не превосходит 12%, хотя для некоторых групп зерен локальная неоднородность может достигать 50 % и более. При расчете аппроксима-ционной прямой вычисляли отклонения экспериментальных точек от линейной зависимости. Было замечено, что характер этих отклонений зависит от типа текстуры, и поэтому рассматриваются отдельно образцы с текстурой типов Т1 и все образцы канальных труб. Для выяснения закономерностей поведения отклонений их величину сопоставили с углон между (00.1) и (Ыс.1), для которой зафиксировано это отклонение. Приняв угол между (Ыс.1) и (00.1) за X , а величину отклонения от линейной зависимости (2Сов&—51п0 для данной (Ыс.1) за У, можно проверить гипотезу о зависимости Г от X. Отложив по осям соответствующие значения X и У, получим поле корреляции (рис.4). По известнын формулам рассчитали коэффициент корреляции между X и У, и его численное значение (+0.71) свидетельствует о существовании достаточно жесткой связи между этими величинами. Отметим, что на корреляционном графике приведены данные по образцан с разной степенью деформации и разных сплавов, что может быть причиной "рассеивания" экспериментальных данных и уменьшения коэффициента корреляции. Кроме того, в рентгеновском эксперименте отражение (Ыс.1) формируют все зерна, плоскости (Ыс.1) которых параллельны поверхности образца, а реальное структурное состояние может также зависеть и от угла "разворота" зерна вокруг (Ыс.1), что невозможно учесть из-за фактического усреднения при съемке линий.

Для образцов с текстурой Т1 рассчитывали регрессионную прямую, наилучшим образом проходящую через данные на поле корреляции. На рис.4 представлена регрессионная прямая и приведено ее уравнение. Горизонтальная линия нулевых отклонений на рис.4 отвечает среднему уровню микроискажений в исследуемом образце. Нулевой уровень пересекается регрессионной прямой в точке Х-20°, соответствующей плоскости (10.5). Поскольку на ППФ (00.1) этих образцов максимумы отклонены от центра ПФ на угол 20°, то становится ясным, что в основной текстурной компоненте материал находится в некотором среднем состоянии по микроискажениям. В то же

вреня, ' в образце присутствуют и зерна, уровень никроискажений i которых выше, чем среднее значение. К такин зернам относятся вс< те, что лежат правее (10.5) на корреляционном графике. Наличи< зерен с повышенным уровнем микроискажений как бы компенсируете! присутствием фракции с уровнем, меньшим среднего. Это те ориентировки, что лежат левее точки пересечения регрессионной прямо! и нулевой линии. В данном случае это только те зерна, базисная плоскость которых ориентирована параллельно плоскости образца.

Отклонения экспериментальных точек от прямой gCostf—Sintf дл; образцов канальных труб штатной и ТМ0-1 технологий представлен! на корреляционной зависимости (рис.5). По оси абсцисс отложе] угол между (00.1) и плоскостью (hk.l). Для каждой абсциссы, отвечающей плоскости (hk.l), проведено усреднение по всем исследованным образцам, и через полученные точки проведена кривая. Коэффициент корреляции величин, связанных нелинейной зависимостью, может принимать произвольные значения, поэтому необходимо линеаризовать данные. Так как экспериментальный график имеет две полуволны, укладывающиеся в интервал (О,тг/2), то можно предположить, что он описывается функцией Sinüx. Данные перестраивалис) в новых координатах Z = Sin 4х (рис.6) и вычисленный коэффициен! корреляции между отклонениями и Z составил +0.68. Для образцо) канальных труб рассчитывали уравнение регрессионной прямой, график которой и уравнение приведены на рис.6. Экспериментальна) кривая на рис.5 близка к нулевой линии в трех точках: это область углов Х=0°, 45°, 90". На рис.6 этим трем точкам отвечав: одна, расположенная близко к точке пересечения регрессионно! прямой и нулевой линии. Т.о., имеют практически нулевые отклонения эерна основных текстурных компонент, т.е., зерна текстурны: максимумов находятся в среднем состоянии по уровню микроискажений. Кроне этого основного материала существуют и зерна как < большими микроискажениями, так и с более низкими по сравнению < основной фракцией. Синусоидальный характер зависимости величиш микроискажений от угла между плоскостью базиса и (hk.l) указывает на существование связи процессов деформационного наклепа ( закономерностями образования текстуры. Средний уровень микроискажений достигается в зернах, соответствующих основным компонентам текстуры, устойчивость которых при прокатке обеспечивается взаимно сбалансированным действиен различных механизмов де-

♦2Я

У « 105

но

0.0

-1.0

-2.0

-3.0

X ,

Рис. 5 Поле корреляции отклонений от аппроксимационной " прямой и угла между (ЬК.1) и (00.1) для образцов канальных труб штатной и ТНО-технологии

,Рис. § Поле корреляции отклонений от аппроксимационной прямой и величины г=Б1п4х для образцов канальных труб

форнации.

Уровень микроискажений на исследуеной поверхности зависим не только от структурных факторов, но и от макроскопически} условий нагружения образца при его деформации. Величина микроискажений, определенная для НН-поверхности, превысила на 183 соответствующее значение для НП-поверхности этого же образца > на 16% - для ПН-поверхности. Для случая плоской прокатки наиболее стесненные условия деформации в направлении НН, формоизменение вдоль которого полностью задается валками прокатного стана. Естественно, что у деформируемого прокаткой материала заданност1 формоизменения вдоль НП меньше, чем вдоль НН. Формоизменение вдоль ПН также является свободным (за исключением усилия трени; о валки при поперечном растекании материала), что приводит I различию в уровнях микроискажений на этих поверхностях.

Прокатка канальных труб отличается от плоской прокатки, пс крайней мере тем, что тангенцальное направление Т никогда не но-жет быть свободным из-за цилиндрической форны трубы. Действительно, экспериментально определенный уровень микроискажений ш Т-поверхности трубы штатной технологии изготовления превосходи1] на 37% соответствующее значение для И-поверхности. Т.о., экспериментальные данные по уровню микроискажений на разных поверхностях исследуемого образца свидетельствуют о частичной релаксации напряжений на свободной поверхности деформируемой прокатко! заготовки и повышения уровня напряжений из-за стесненности условий деформации.

Расчет несовместности пластической деформации

Неоднородность микроискажений в исследованных сплавах може: быть объяснена с позиций модели, учитывающей межзеренные взаимодействия в процессе пластической деформации. Конфликтные ситуации на границах зерен приводят к появлению избыточной плотност! дислокаций, которая фиксируется в уширении рентгеновских линий Неравномерное распределение этих дислокаций по зернам с различной кристаллографической ориентацией отражается в неоднородно] уширении линий. В качестве модели расчета отклонений уширени! рентгеновских линий от аппроксимационной прямой взята модель самосогласованного поля. Рассматривалось действие только одной

сакой нагруженной систены скольжения в зерне поликристалла и рассчитывались пластические несовместности, вызываемые этим скольжением. Значения несовместности вычислялись по модулю, поскольку уширение рентгеновских линий симметрично относительно знака микроискажений. Расчет несовместности проводился для множества точек стереографической проекции. Каждой такой точке ставилась в соответствие величина |Е-е|, где е - это деформация зерна с ориентацией базисной оси, отвечающей выбранной точке проекции, а Е - средняя макродеформация. Из-за пластической анизотропии монокристаллов для каждой ориентации базисной оси получали различные значения е и, соответственно, несовместности |£7— е|. Распределение этих значений по стереографической проекции назвали диаграммами несовместности пластической деформации. Для сравнения диаграмм несовместности, рассчитанных с различным соотношением компонент тензора напряжений, результат представлялся в относительных величинах: |Е-е|/£. Таким образом, числовое значение на диаграмме несовместности показывает, на сколько процентов локальная деформация зерна отличается от средней по образцу. Для оценки несовместности в целом по образцу естественно ввести интегральную характеристику, которая показывает, на сколько много в исследуемом материале зерен с конфликтными ситуациями на их границах. Если провести усреднение диаграммы несовместности с учетом текстуры исследуемого образца:

- V

где Ае^ ~ величина несовместности для зерен с ориентацией базисной оси в точке (1^) стереографической проекции, а К( объемная доля таких зерен, то можно рассчитать величину средней несовместности. Эта величина будет определяться соотношением КСН для систем деформации и текстурой исследуемого образца. Средняя несовместность показывает склонность материала к разрушению или зарождению трещин в процессе пластической деформации и позволяет сравнивать между собой образцы с различающейся текстурой.

Если математически смоделировать интегрирование, фактически происходящее при съемке линий, то можно проверить соответствие модели несовместности пластической деформации экспериментальным результатам. Специально разработанная для этого программа рассчитывает диаграмму несовместности пластической деформации по заданной полюсной фигуре и соотношению КСН. После расчета выпол-

няется усреднение диаграммы несовместности по кольцам, отвечаю щим отражениям {Ьк.1}. Наилучшее совпадение экспериментальны: (рис.5) и расчетных данных (рис.7) достигается тогда, когда ; качестве основной системы скольжения рассматривается призмати ческое, а двойникование по плоскости {11.2} в качестве аккомоди рующего механизма деформации. Следовательно, модель самосогласо ванного поля позволяет в основных чертах объяснить характер наб людаемых отклонений уширения рентгеновских линий от линейной за висимости /ЗСоя^-ЭЛт». Это дает основание предполагать, что неод нородность структуры деформированного йг, выражающаяся в различ

ной искаженности зерен, есть результат несовместности пласти « •

ческой деформации соседствующих кристаллитов.

Несовместность пластической деформации может играть замет ную роль в возникновении межкристаллитных трещин и проявляться : механических свойствах, определяемых на стадии развитой пласти ческой деформации. Поэтому можно предположить, что средняя п образцу несовместность характеризует общий уровень ресурс; пластичности испытываемого материала. Основные характеристик: пластичности металлов и сплавов при одноосном растяжении - от носительное удлинение и сужение образца при деформации. Низки значения 6р гарантируют относительное постоянство текстуры I процессе испытания образца и позволяют воспользоваться результа тами расчета несовместности пластической деформации. Интуитивн понятно, что чем выше значение значение несовместности в испыты ваемых образцах, тен меньше должна быть величина равномерной де формации. Расчет несовместности проводился для разных соотноше ний критических сдвиговых напряжений. Сопоставление относитель ных величин экспериментальных значений и вычисленных значе ний 1/Де показывает (рис.8), что призматическое скольжение сов местно с двойникованием {22.2} может обеспечить совпадение экс периментальных и расчетных значений. Необходимо отметить, чт существенным фактором является не конкретный механизм, введение дополнительных к призматическому скольжению систем де формации. Такими систенами могут быть либо базисное и пирами дальное скольжение, либо двойникование, либо и то и другое од новременно. Поскольку величина Зр указывает на момент локализа ции деформации, то она коррелирует со значениями предела времен ной прочности сг , характеризующей сопротивление максимально

де

0.8

О.С 0.4 0.2

О 20 4 0 СО 80 ГРАД

Рис. 7 Зависимость средней по кольцу ф ППФ (00.1) несовместности от угла ф между плоскостями (ОО.1) и (Пк.1) _ для текстурыТМО-технологии ({10.0}<11.0> + {11.2})

а) <ГР

1 2 3 4

—I 1 —1

1 Т Я ь т я 1 Т й 1 г я

Рис. 8 Анизотропия относительного равномерного удлинения (а) и величина 1/Де ({10.0}<11. 0> + {11.2}) (б) для образцов с различающейся текстурой (1,2,3,4)

равномерной деформации. Величина ^ характеризует в основнс сосредоточенную деформацию, если в образце перед разрушением о£ разуется шейка. Так как разрушение наступает в местах локальнс высокой пластической деформации (0 « 70%), то условия примени мости модели расчета несовместности пластической деформации * выполняются и необходим подход, учитывающий изменение криста* лографической текстуры в процессе испытаний.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведена полная автоматизация текстурного эксперимент на базе серийно выпускаемого отечественного оборудования в ста! дарте "КАНАК", включающая программу сбора данных и управления реальном времени и комплекс программ расчета прямых неполных полных полюсных фигур.

2. Предложена методика и пакет программного обеспечения д* исследования неоднородности структурного состояния по полушир» нан рентгеновских линий. Степень неоднородности и средний урс вень микроискажений рассчитывается с учетом текстурных весовь множителей, определяемых по обратным полюсным фигурам.

3. Разработана методика оценки точности измерения полюснс фигуры и расчета текстурной неоднородности. Величина относитель ной дисперсии средней интенсивности прининает минимальные значе ния в текстурных максимумах и максимальные - в минимумах пс люсной плотности. На основании данных по коэффициенту неодноро; ности текстуры проведена классификация материалов с различнь структурным состоянием.

4. На примере листов разных сплавов 2г с НЬ показано, чт регистрируемая текстурная неоднородность зависит от структурно! состояния материала. Наименьшая неоднородность зафиксирована дт. материала с устойчивой текстурой деформации и наибольшая - дг, отожженного в /3-области. Показано, что аномально большое значе ние Кнт для деформированных поперечной прокаткой образцов связа но с формированием и развитием в них переходной компонент текстуры деформации.

5. Методом изкерения полуширин рентгеновских линий зафикси ровано наличие в деформированном прокаткой 2г неоднородное! микроискажений. Корреляционный анализ данных показывает, что ре

гистрируемая неоднородность микроискажений носит детерминированный характер и определяется типом формирующейся при прокатке текстуры. Во всех случаях для зерен основных текстурных компонент характерен средний уровень микроискажений. Отклонения от этого уровня как в большую, так и в меньшую сторону свойственны зернам, не принадлежащим главным компонентен текстуры.

6. На величину микронапряжений влияют макроскопические условия нагружения, проявляющиеся в стесненности деформации. Уровень микронапряжений может уменьшаться на свободной поверхности деформируемого образца за счет релаксации макронапряжений или увеличиваться на тех поверхностях, которые находятся в условиях стесненной пластической деформации.

7. Разработана методика и соответствующее программное обеспечение расчета диаграмм несовместности пластической деформации зерен гг по текстурным полным полюсным фигурам (00.1) на основе модели самосогласованного поля. Показано, что модель несовместности позволяет в основных чертах объяснить характер наблюдаемых отклонений уширения рентгеновских линий от линейной зависимости ¿ЗСоэд-З!пй. Совпадение экспериментальных и расчетных данных имеет место тогда, когда наряду с призматическим скольжением в качестве аккомодирующего механизма рассматривается двой-никование по систене {11.2}.

8. Установлена корреляция усредненного параметра несовместности, рассчитанного для случаев продольного и поперечного растяжения, с анизотропией относительного равномерного удлинения. Тем самым, в рамках модели несовместности деформации продемонстрирована зависимость запаса пластичности изделий из циркониевых сплавов от кристаллографической текстуры. Условная величина вязкости разрушения, рассчитанная в модели несовместности пластической деформации, качественно согласуется с экспериментальной величиной критического раскрытия трещины в сплаве гг-2.5%НЬ.

Основные результаты опубликованы в работах:

1. Каплий С.Н., исаенкова И.Г., Перлович Ю. А. Методика оценк точности измерения и неоднородности текстуры реальных полик ристаллов. Заводская лаборатория, 1992, М°5, с. 23-25

2. Каплий С. И. Методика оценки точности построения полюсных фи гур и текстурной неоднородности материала. Тезисы V Всесоюзных конференциях по текстуре и рекристаллизации в не таллах и сплавах (г. Свердловск, 1991), стр. 206

3. исаенкова Н.Г., Каплий С.Я., Перлович Ю. А. Текстурная неод нородность листов из сплава гг-2.5%ЫЬ. Атомная энергия т.72, вып.2, май 1992, стр. 181

4. Неоднородность структурного состояния прокатанного сс-гг Каплий С. Н., Перлович Ю. А., исаенкова Н. Г., Григорьев В. М Атомная энергия, т.73, вып.З, сентябрь 1992

5. Каплий С.Н., исаенкова Н.Г. Оценка несовместности деформаци зерен поликристалла и прогнозирование анизотропии его кеха нических свойств по текстурным полюсным фигурам. Тезисы V Всесоюзных конференциях по текстуре и рекристаллизации в ме таллах и сплавах (г. Свердловск, 1991), стр. 14

6. Перлович Ю.А., Голъцев В.Ю., исаенкова Н.Г., Каплий С.Н Текстурные изменения в вершине движущейся трещины при разру шении листового сплава гг-1%ИЬ. Атомная энергия, т.73 вып.З, №9, 1992

7. исаенкова Н.Г.,Каплий С.Н., Перлович Ю. А., Шмелева Т.К. Осо бенности изменения текстуры прокатки циркония при рекристал лизации. Атомная энергия, т.65, вып.1, июль 1988.

8. исаенкова М.Г.,Каплий С.Н., Перлович Ю. А., Шмелева Т.К. Из менение текстуры альфа-циркония при рекристаллизации и фазо вых превращениях. - В кн.: Материаловедческие вопросы атом ной техники. М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 18-19.