Влияние скорости деформации на формирование текстуры металлов и сплавов с ГЦК-решеткой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Введение. Цель исследования

1. Обзор литературы и состояние вопроса

1.1. Влияние скорости нагружения на механизм пластической деформации.

1.2. Структурные особенности упрочнения металлов с ГЦК решеткой.

1.3. Пластическая деформация и текстурообразование в металлах и сплавах с ГЦК решеткой

1.3.1. Современные теоретические представления о процессах текстурообразования

1.3.2. Влияние условий деформации на текстуру металлов и сплавов.

1.3.3. Современные методы изучения текстуры деформации.

2. Постановка задачи исследования.

3. Материалы и методика исследования.41.

3.1. Изготовление образцов.

3.2. Способы высокоскоростной пластической деформации

3.2.1. Растяжение

3.2.2. Прокатка.

3.2.3. Динамическая сварка.

3.3. Изучение микроструктуры.

3.4. Рентгеноструктурный анализ

3.4.1. Определение физического уширения и концентрации дефектов упаковки.

3.4.2. Способы изучения текстуры деформации.

3.4.2.1. Прямые полюсные фигуры

3.4.2.2. Обратные полюсные фигуры

3.4.2.3. Метод анализа интегральных интенсивностей

3.4.2.4. Трехмерные текстурные функции.

4. Результаты экспериментов и их обсуждение.

4.1. Формирование текстуры при растяжении.

4.1.1. Анализ диаграмм растяжения. Критическая скорость деформации.

4.1.2. Влияние величины зерна на предел текучести при различных скоростях нагружения.

4.1.3. Влияние скорости растяжения на текстуру - Со сплавов.

4.2. Влияние скорости прокатки на формирование текстуры в Hi и //¿ - Со сплавах.

4.2.1. Особенности текстурообразования в средних слоях листа при высоких скоростях нагружения

4.2.1.1. Прокатка с обжатием до 40$.

4.2.1.2. Прокатка с обжатием 60-80$

4.2.1.3. Моделирование текстуры прокатки

4.2.2. Неоднородность текстуры прокатки по толщине листа

4.3. Особенности формирования текстуры при сварке давлением

4.4. Общие тенденции формирования текстуры в условиях высокоскоростного нагружения ^ - Со сплавов

Выводы

Необходимость использования материалов с высокими физическими и механическими свойствами требует внедрения в промышленность новых технологических процессов. Современные высокопроизводительные процессы связаны с высокими скоростями обработки металлов, властности с высокой скоростью деформирования.

Внедрение в промышленность высокоскоростных способов деформирования позволило без больших капитальных затрат повысить производительность труда, внедрить ноше способы сварки с большими давлениями. При этом остается проблема управления свойствами готовых изделий, т.е. совмещение процесса формообразования с формированием оптимальных свойств.

Изменение скорости нагружения в широком диапазоне неизбежно связано с изменениями в механизме деформации, которые могут выражаться либо в реализации новых механизмов деформации, либо в перераспределении доли основных механизмов.

Структурные изменения, протекающие в материале, отражаются на его текстуре. Это особенно четко проявляется в процессе пластической деформации, при которой происходят интенсивное скольжение, двойникование или диффузионная ползучесть. Детальное изучение текстуры деформации позволяет оценивать вклад различных механизмов в общую деформацию материала, т.е. позволяет раскрыть новые детали процесса пластической деформации. Влияние скорости деформации на текстуру изучено недостаточно и несистематично.

Текстурный метод анализа имеет ряд преимуществ перед прямыми методами изучения действующих механизмов деформации. Во-первых, он обладает большой статистической достоверностью, во-вторых, дает возможность получать информацию с массивных поликристаллических образцов. Прямые методы - адектрономикроскопические сложно использовать для изучения механизмов деформации при больших степенях деформации. Текстура деформации, полученная в результате предварительной обработки» может играть как положительную» так и отрицательную роль при эксплуатации изделий. Но необходимо учитывать возможность изменения текстуры в процессе эксплуатации» которая может осуществляться в широком диапазоне скоростей и температуры нагружения.

Проблеме влияния скорости деформации на текстурообразование металлов и сплавов» в частности» имеющих ГЦК решетку» посвящено всего несколько отдельных работ. £ этих работах рассмотрены узкие диапазоны степеней деформации и практически отсутствуют данные по влиянию скорости деформации на текстуру материалов» обладающих различным значением ЭДО.

Металлы и сплавы с ГЦК решеткой являются основой многих важных промышленных материалов. Поэтому изучение влияния скорооти нагружения на текстурообразование материалов с ГЦК решеткой представляет несомненный интерео. Кроме того» на этих материалах достаточно подробно изучены процессы образования текстуры в зависимости от ЭДО и температуры деформации. В этой связи изучение особенностей текстурообразования при динамических нагружениях в широком интервале степеней деформации и энергий дефектов упаковки материала может внести определенный вклад в общие представления о механизмах текстурных переходов в материалах с ГЦК решеткой.

Таким образом» подробное изучение процессов текстурообразования в условиях скоростных нагружений (в широком интервале скоростей деформаций) может оказаться полезным в выяснении тенденций развития высокоскоростной пластической деформации при варки-ровании ЭДО материала и степеней деформации.

Для решения поставленной з адата в работе были исследованы следующие вопросы:

1. Изучено влияние скорости деформации на формирование текстуры при трех схемах нагружения: растяжение, прокатка, сварка иод действием ударных волн. Исследование проводилось на Л/С и его однофазных сплавах с Со, для которых ЭДУ менялось от — 200»ICT Дж/м2 до ~ 10«ДТ3 Дж/м2. Поэтому можно считать, что результаты, полученные на этих материалах, носят общий характер доя материалов с ГЦК решеткой.

2. Для растяжения оо скоростями 2 • I0~^-2 • определена критическая скорость деформации ( £Кр = 2*1СГ2о~1), вше которой наблюдается дополнительное упрочнение материалов, связанное со скоростью нагружения. Показано, что изменения в текстуре растяжения проявляются также при скоростях выше критических»

3« Проведено систематическое исследование влияния скорости нрокатки £ = 1,5«IO^c^+I • I05o~I на процессы текстурообразования л/l -Со сплавов в широком диапазоне степеней обжатий (10-80$). Для всех сплавов определен интервал скоростей, в котором проявляются существенные изменения текстуры, связанные с увеличением скорости деформации.

4. Изучено формирование текстуры в сварных соединениях по толщине пластин, полученных в результате импульсного нагружения со скоростями — 5-10^ и Показано, что в зоне шва происходит рассеяние текстуры не смотря на большую степень деформации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

I. Впервые проведено систематическое изучение особенностей процесса текстурообразования металлов и сплавов о ГЦК решеткой в широком диапазоне скоростей и отепеней деформации в зависимости от dW материала. Установлено, что для исследованных материалов и схем нагружения влияние скорости на текстурообразованпе не является одинаковым. Однако, во всех случаях имеется диапазон окоростей, оказывающих влияние на формирование текстуры, а также наблюдаются общие тенденции в текстурообразования в зависимости от скорости нагружения.

2. При деформации растяжением для всех исследованных материалов определена £, Кр, являющаяся границей между квазистатическим и динамическим нагруженцйш. Показано, что дополнительное упрочнение и изменения в текстуре проявляются при переходе через

Ь Кр, что связано с изменениями в механизмах деформации.

3. Впервые изучены особенности текстурообразования Ж -Со сплавов при прокатке в широком интервале степеней и скоростей деформации. Для каждого сплава установлен диапазон степеней и скоростей нагружения, в котором происходят существенные изменения в текстуре. Показано, что увеличение скорости прокатки до 1,105с""1 приводит при больших обжатиях ( £ > 60%) к текстурным переходам, причем наиболее сильные изменения проявляются на материалах со средней ЭДУ ( М. -40$Со).

4. Текстурные и структурные исследования, а также моделирование процесса текстурообразования показали, что с ростом скорости прокатки происходят изменения в механизме деформации, заключающиеся в изменении соотношения между скольжением и двойникова-нием. Установлено, что по мере увеличения скорости деформации доля двойникования возрастает.

5. Впервые изучены особенности формирования текстуры по толщине образцов, полученных с помощью динамической оварки. Установлено, что и в данном случае двойникование отвечает за изменения в текстуре, происходящие в сварных листах.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Изучено влияние скорости деформации при разных схемах нагружения на формирование текстуры никеля и однофазных сплавов системы А/о - Со с различной энергией дефектов упаковки. Установлено различное влияние скорости деформации в зависимости от материала и схемы нагружения.

2. Установлено существование критической скорости растяжения, выше которой проявляется дополнительное упрочнение, определяемое скоростью нагружения. Для всех изученных материалов, вне зависимости от энергии дефектов упаковки, критическая скорость деформации оказалась равной 2'10~2с~*.

3. На никеле и его сплавах с 20 и 40$ Со показано, что текстура растяжения, имеющая характер ограниченной текстуры, изменяется при скоростях деформации, больше критической. При этом изменение текстуры, также как и дополнительное упрочнение, связаны с изменениями в механизме деформации. Увеличение скорости деформации в ^ I сплаве с 20$ Со приводит к относительному ослаблений компонент текстуры типа меди и усилению компонент типа латуни. Особенно сильно это проявляется на материале со средней ЭДУ а/1 40$ Со), в котором увеличение скорости выше критической при степени деформации выше 20$ ведет к сдвигу текстуры типа меди к промежуточной текстуре, что, очевидно, связано с развитием двойникования.

4. Показано, что влияние скорости деформации на формирование текстуры при прокатке зависит от степени деформации. Увеличение скорости деформации от 1,5*102с"* до 3*104с~* при степени обжатия до 40$ способствует формированию более острой текстуры без изменения ее типа. Однако острота текстуры никеля с увеличением скорости изменяется в 1,5 раза, а в сплаве лЪ - 65% Со - практически не изменяется.

Рассматривая формирование текстуры в данном диапазоне степеней обжатия, можно считать, что увеличение скорости прокатки аналогично увеличению степени обжатия.

5. Установлено, что наиболее чувствительной к скорости деформации оказывается текстура сплавов со средними значениями ЭДУ. При больших степенях деформации ( ^ 80%) в сплаве № - 40% Со повышение скорости деформации до 2*104с~^ приводит к текстурному переходу от текстуры типа меди к текстуре типа латуни. В сплаве

20% Со увеличение скорости деформации до 1*105с~1 ведет к частичному переходу от текстуры типа меди к промежуточной текстуре.

6. Электрономикроскопическое исследование показало, что при увеличении скорости деформации при прокатке в материалах с высокой и средней ЭДУ при обжатиях до 40% цроисходит уменьшение в 2-3 раза среднего размера дислокационных ячеек. При больших степенях обжатия характер распределения дислокаций меняется, ячеистая структура выявляется менее отчетливо, появляются деформационные микродвойники, количество которых растет по мере увеличения скорости деформации.

7. С помощью ЭВМ проведено моделирование текстуры прокатки с учетом изменения механизма пластической деформации по мере увеличения степени обжатия. Показано, что наилучшее совпадение текстур прокатки исследованных сплавов и теоретически расчитанных текстур получается при использовании модели Тейлора с учетом увеличения доли двойникования в процессе прокатки.

8. Изучение текстуры биметаллов, полученных импульсным нагру-жением показало, что непосредственно в зоне шва, несмотря на значительную пластическую деформацию, текстура оказывается очень слабой. Это является результатом сильно развитого двойникования й т при больших скоростях нагружения порядка Юс.

9. Построены тройные диаграммы формирования текстуры и структуры никель-кобальтовых сплавов в зависимости от легирования сплавов, скорости и степени деформации. Показана связь между дислокационной структурой и текстурообразованием. Установлено, что существенным фактором, влияющим на текстурные переходы, вызванные увеличением скорости нагружения является возрастание рож двойникования в процессе пластической деформации.

1. Эпштейн Г.Н. Строение металлов, деформированных взрывом, М.: Металлургия, 1980г., 256с. с илл.

2. Райнхарт Да., Пирсон Дж. Взрывная обработка металлов. Пер. с англ., М.: Мир, 1966г., 391г. с илл.

3. Эпштейн Г.Н., Кайбышев O.A. Высокоскоростная деформация и структура металлов, М.: Металлургия, 1971г., 200с. с илл.аЛСл^ Uf.С. ^kjL p£^UJ^<JZuxJL

4. АКосАу лл&гь ¿trfcruz. л^оС CLsf&b а^пелЛл^ / Y.jbuJL УкЛ., J96z, яоо. л/з,р. ел* вза d5. Ьамк Ло AXocAS ъиыг*,1. OJL-a^aU ^¿¿^A-ß^ou^

5. Альтшулер JI.B., Тарасов Д.М., Сперанская М.П. Деформация стали под действием ударных волн взрыва, ФММ, 1962г., 13, вып.5, с.738-743.7. /nwui-u., s,гг., ам^ъ,1. Ol aiajuJk^ ¿ützJLf Шс^ л/УЗВГ,

6. Шо^,^^ ОП.Л., OTU^^u^ ^сёфг.ъаЛй^1. AJLooL I^J^, Рьос. fy9. №, £fj "ГГкаЛ.киг^^-УС.,1. ¿JwJlcubO feu&t, üesUbb&i S&vigjL ^^а/Л-Ь,1.. Келли А., Грово Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах, пер. с англ., М.: Мир, 1974г., 495с.

7. Эпштейн Г.Н., Казачков И.Ф. Высокоскоростная деформация монокристаллов никеля, ФММ, 1970г., 29, вып.1, с.212-214.

8. JtfjL/b**^ rf* ■ у Ро^ OS^A^nxQ-^&yu a^^ex^c&Gy^^JUjQ14. Ь^Л.юсЛ гУэг^ С. 15. bei- j SSolt^Л&и-т-с,

9. Богачев H.H., Филиппов M.A. Особенности деформационного упрочнения меди при импульсном нагружении. Изв.вузов. Цвет.мет., 1966г., № 5, с.118-123.

10. Кайбышев O.A., Кайбышева Г.А., Уманский Я.С., Эпштейн Г.Н. Особенности механизма высокоскоростной деформации меди, ФММ, 1967г., 23, вып.2, с.324-327.

11. Кайбышев O.A., Механизм высокоскоростной деформации металлов, ФММ, 1968г., 26, вып.5, с.800-905.

12. Дитер Г.Е., в кн. Механика упрочнения твердых тел, пер. с англ., М.: Металлургия, 1965г., с.245-303.

13. Штамповка взрывом, под. ред. Анучина M.A., М.: Машиностроение, 1972г., 149с. с илл.

14. Ван Бюрен, Дефекты в кристаллах, М.: Иностранная литература, 1962, 495 с с илл.

15. У- Л ^Spi+bOCtiery^&U^ ^ У***

16. CuAic Oruta^ Р^иЛ.ОПа^., <96Л,6*еЗ,р.г,Ъ9-39€23. У. Äwi^v^. л^&сс TftjL24. &-Am»,cA¿ Я f.,1. M.-. à* <W1. J * (ГГ >25964; p. ЗЛО26. -ПЬсш^ЯТеувя*., m^X.â.,

17. UA^. -esjjdcÀ* crf- ЯоЛ A/.y.-l.^1. J980; 5-¿é>

18. OOflujiA, íhi^<Lcí¿aJ- ^^сл^^угА^сЖ^^^ —/nx.cJia.ruùxi£ct^Ji аМоул ; feve. ^U^i- Co^jJ-.

19. JLfov^aM^, ¿¿-ZG^fu^, J&SOj Y.-l*., éo7- 67328 /б V J SbrruL. 11. JÁjc of- Л^лг/6 g "

20. Wcc^b ^/-ecJ^^c-i^Z'u+cJz^ynj¿cAcüb¿caJ- АЬхЛ-' ^ycuj^tu^yUal ¥969, 9, л/*, с.1. Хо^Л, (UycáaJk, , ^-161

21. Уа^^а, ¿Г. J JZtA. ¿Ц^г,. <№aJlb1. Kyoto, teZv, jo. s-6 eo

22. Доценко В.И., Кононенко В.И., Пархоменко Т.Д. и др. Особенности скоростной зависимости предела текучести металлов с ГЦК решеткой при низких температурах, ФММ, 1975г., 39, № 5,с.II03-1106.

23. КЛауг^ /£., ^W 2?- iUptaJbti ¿>XocJc АгяЛ*^1. Jul ^^ foe. hU. <W

24. Ц-jtots. of Н. Af.Y.-L, ^mf- ^

25. Ч1осАе± у. £ (?., УгиЛ^^саА/^/^'¿¿^ у flcjx erf ¿dicu^j у. РАуьСсл, 1.1 /9?^, p. 5b40. «Г.,96$-, / л/Л, р. 7р.г&у