Влияние структурных факторов ва механизмы деформации и разрушения в механические свойства спеченных сплавов на основе Fe и W тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ШСТІГШ-.ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ім. Ш. ФРАНЦЕВИЧА

ЗАХАРОВА НАТАЛІЯ ПЕТРІВНА

УДК 539.4.621.762

ВПЛИВ СТРУКТУРНИХ ФАКТОРІВ НА МЕХАНІЗМИ ДЕФОРМАЦІЇ І РУЙНУВАННЯ І МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СПЕЧЕНИХ СПЛАВІВ

НА ОСНОВІ Ге І \У

спеціальність 01.04.13 - фізика металів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математіїчних наук

КнТв - 2001

Дисертацією с рукопис

Робота виконана в Інституті проблем матеріалознавства ІІАН України

Науковий керівник: член-корєспоилент НАН України,

професор. д.ф.*м. н.

Мільман Юлій Вікторович,

Іисппут проблем матеріалознавства їм. 1-М. Францевіт НАН України завідувач відділом

Офіційні опоненти:

Провідна установа:

член-кореспондент НАН України, професор. д.ф.-м.н.

Красовський Альберт Якович,

Інспгтуг міцності НАН України завідувач відділом

д.ф.-м.н.. провід, наук, співробітник Подрезов Юрій Миколайович,

Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України,

Інспгтут металофізики ім. Г.В.Курдіомова НАН України

Захист відбудеться ___2001 р. о ГОЛИНІ

на засіданні спеціалізованої вчене» ради Д 26.207.01 в Інституті проблеї матеріалознавства ім. І.М. Фрашквича НАН України (03142 Київ - 142 вул. Кржижанівського, 3).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблеї матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (03142 Київ-142, вул Кржижанівського, 3).

Автореферат розісланий

ЛеЬ.

ооі р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.207.01

Падерно Ю.Б.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток порошкове: металургії дозволив значно розширити коло конструкційних матеріалів, отримувати вироби складної форми прзктп>:”с, без втрат матеріалу при обробці. Порошкова металургія дозволяє створювати иоз: матеріали з унікальним складом і невідомими раніше структурою та властивостями. Тому дослідження фізичних, механічних та іншій властивостей таких нових матеріалів є актуальною вимогою, яху виробництво висуває перед вченими.

Спечений порошковий метал являє собою один з найскладніших об’єктів, шо вивчаються у фізичному матеріалознавстві. Його структура визначається не тільки частиною об'єму, зайнятого порами, але і їх формою та розміром, міцністю міжчастког.их контактів, сеірегаційними ефектами на поверхні яор і часток. До структурних чинників, природно, потрійно відасста також і параметри структури, що використовуються для хараетериепіш компактних, не пористих матеріалів, отриманих традиційним шляхом: розмір і форма зерна, характер дислокаційної структури, наявність дисперсних часток другої фази, кристалографічна і структурна текстури та інші. Механічні аласглйості спечених матеріалів в більшості випадків мають різку структурну чутливість.

Головною метою фізики міцності спечених матеріалів, вироблених метолами порошкової металургії, с виявлення і узагальнення фізичних закономірностей, що зв'язують структуру і механічні гшасгивості шіх матеріалів. Уявлення і методи сучасної фізики металів широко використовуються б порошковій металургії і їу. застосування, як правило, знаходить відображення в численній монографічній літературі, присвяченії! теорії П практиці отримання виробів методами порошкової металургії та формуванню їхніх механічних властивостей. Роботи Я.Є. Гсгузіна. І.М. Францевича. МЛО. Бальшіша. Р.А. Акдрієвського. І.М. Феясрчеінсо, В.І. Трефілова. В.В. Скорохода. С.О. Фірстово. Ю.В. Мільманз. А-Я. Красовського. В.Ф Моісссва, Ю.М. Подрсзова. М.С. Ковхльченко. В.П. Альсхіиа, С.М. Барімова та ін. свідчать про безумовну перспективність нього наукового напрямку. Подальше вирішення піггань формування механічних властивостей порошкових матеріалів і уточнення механізмів деформації і руйнування матеріалів цього класу, наоуззе актуальності, як для створення реологічних моделей нового покоління, шо враховують структурний стан спеченою пористого тіла і його зміни в процесі деформування, так і для розробки оптимальних режимів отримання порошкових виробів з підвищеним рівнем механічних властивостей.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконувалась в ІПМ НАНУ при участі актора в дослідженнях за темами з фукдаме:ггальшк досліджень НАН України: 1.3.2/1 -“Дослідження механізму деформації і руйнування крихких і малопластичннх матеріалів” № державної реєстрації 81030973 та 1.3.2.2 - “Розробка моделей реальних кристалів і

методів математичного опису фізико-механічних та реологічних властивостей гетерофазних матеріалів...”, № державної реєстрації 060672 та за госпдогозором N£82-88 спільно з ЧФ ВНДІС у місті Чирчии, Узбекистан.

Мета і задачі дослідження.

• Подальший розвиток фізичних уявлень відносно формування механічних властивостей спеченого матеріалу, а саме встановлення впливу пористості спеченого заліза на міцність, пластичність, температуру холодноламкості, параметри деформаційного зміцнення, а також визначення особливостей механізмів його деформації та руйнування.

• На основі вивчення механічних властивостей і струюури на всіх етапах термомеханічної обробки пористого спеченого вольфраму в процесі отримання вольфрамового дроту розробіїти уявлення про оптимальніш структурний стан для вольфрамового дроту' і розробити спосіб контролю структури в процесі виробництва дроту.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше методом скануючої електронної мікроскопії "in situ” і акустичної емісії з точним визначенням координат активного перерізу вивчено механізм деформації і руйнування пористого заліза. Показано, шо довжина.площини ковзання визначається розміром фрагменту структури, обмеженого порами. Встановлено що, на відміну від компактного матеріалу, стадія виникнення мікропор при зародженні тріщин ие відіграє суттєвої ролі в квазікрихкому руйнуванні пористого спеченого заліза. Тріщини зароджуються на початкових стадіях деформації на дефектах, що вже присутні в пористому спеченому матеріалі. Внаслідок колективних структурних змін тріщина можуть загальмуватися після фази розвитку або зливатися в магістральну тріщину, формуючи таким чином складний макрорельеф поверхні руйнування. Розвиток тріщин відбувається переривисто, з етапами зупинки тріщини до появи магістральної тріщини. Вперше виявлено ротаційну моду деформації спеченого заліза, пов'язану з розворотом спечених часток.

2. Вперше показано, що при деформації спеченого заліза в широкому інтервалі пористості відношення — (а-напруження, що відповідає дійсній пластичній деформації

Е, &<х,‘ границя плинності) не залежить від пористості. Це свідчить про те, що пористість не спричиняє істотної зміни механізму деформаційного зміцнення спеченого заліза. Коефіцієнт деформаційного зміцнення N в рівнянні Людвика а=а, + Ne ' зменшується із зростанням пористості за таким же законом, що і границя плинності, а показник деформаційного зміцнення с не залежить від пористості.

3. Показано, що у порах спечених металів спостерігається різка сегрегація в

поверхневих шарах домішкових і легуючих елементів, яка часто перевшауе сегрегацію на поверхні границь зерен. Сегрегаційні ефекти в порах істотним чином впливають на механічні властивості спеченого металу.

4. Отримано рівняння, що всшювлює залежність пластичності і спеченог> матеріалу від пористості. Показано, що зі зростанням пористості пластичність зніскусться більш швидко, ніж міцність матеріалу.

5. У рамках моделі О.Ф.Іоффе виведено рівняній, що встановлює залежність температури холодноламкості від пористості. Запропоновано формулу для визначення критичної пористості, яка призводить до окрнхчувзшгя матеріалу при кімнатній температурі. ■

6. Вперше встановлено характер зміші щільності і характер формування кристалографічної текстури вольфрамових прутків, виготовлених зі спеченого пористого шггабіку ротаційним куванням, івиггговим і чопірьохвалкоанм прокатуванням. Текстура, що формується при чотирьохвапговому прокатуванні, з саме аксиальна текстура <П0> і обмежена текстура з складаючими {00ї}<110>, сформованими кожного парою валків в своїй площині прокатування, яг була раніше представлена в науковій літературі.

7. Для вольфрамового дроту, який широто застосовується а лампах розжарювання, розроблені уявлення про оптимальніш структурний стан, що забезпечує поеднаиня низькотемпературної пластичності і високотемпературної міцності.

Практична нінність отпіімпних результатів

?. Встановлені закономірності впливу пористості т характеристики мішюсті, пластичності, температуру холодноламкості і деформаційне зміцнення можуть бути використані як наукова база для вибору порошкових ОЦК - металів конгтрукціПного призначення та режимів їх термомеханічної обробки;

2. Дослідження. проведене по вивченню структури і механічних властивосте:"! вольфрамових прутків і дроту, дозволило з'ясувати фізичну природу розшарування і інших дефектів при виробництві вольфрамового дроту для дзмп розжарювання і запропонувати на цій основі оптимізацію режимів термомеханічної обробки на різних стадіях виготовлення. Згідно згігропеновзній технології, отримано дослідну парті» дроту з підвищеною пластичністю. За результатами проведеного дослідження отримано авторське свідоцтво СРС? Ха 16038ї6 від І.07.1990 м. “Спосіб отримання дроту з вольфраму і сплавів на його основі*’.

Особистий внесок автост. Механічні випробування, металографічні дослідження, приготування зразків для електронної мікроскопії і проведення електронно-мікроскопічного аналізу, рентгеноструктурні дослідження, диференціальне гідростатична зважуваній, обробка всіх експериментальних даних виконано особисто азтаром.

Постановка задачі дослідження і обгрунтування отриманих результатів зроблено автором спільно з науковим керівником роботи - проф. Ю.В.Міпьманом. Зразки спеченого заліза виготовлялися в ІПМ НАНУ під керівництвом

N1.1. Щербаня

Дослідження впливу ТМО на структуру і механічні властивості вольфрамового дроту проводилося в рамках спільної роботи з СКТС і ТМ, м. Світловодськ, Україна і Чирчикським комбінатом тугоплавких металів, м. Чнрчик, Узбекистан. Дослідження особливостей деформації і руйнування при розтягуванні зразків спеченого заліза методом скануючої мікроскопи "in situ" і вивчення поширення хвиль АЕ проводилися спільно з

А.МЛсксовським в Фізико-технічному інституті ім. О.Ф. Іоффе, Санкт-Петербург, Росія. Дослідження сегрегацій домішок на поверхні руйнування зразків проводилися автором разом з операторами лабораторії електронно-мікроскопічних досліджень в ІПМ НАНУ.

. Апообаиія роботи. Основні результати роботи були викладені і обговорені на: XV Всесоюзній науково-технічній конференції «Порошкова металургія», 1985 p., Київ; Всесоюзній конференції «Фізнко-хімічні аспекти міцності жаростійких неорганічних матеріалів», Запоріжжя, 1986 p.; XI Всесоюзній конференції «Фізика міцності і пластичність металів і сплавів», м. КуПбишев, 1986 p.; Всесоюзній конференції «Фізика руйнування» м. Київ, 1989 р; Обласному семінарі «Прогресивні технологічні процеси в машинобудуванні» м. Луцьк, 1989 p.; II Всесоюзній конференції по прикладній рентгенографії металів. Ленінград. 1990 p.; 14 Міжнародному семінарі «Planscc Proceeding Nlh International Plansee Seminar», Планзсс, Австрія, 1997 p.; Міжнародній конференції «Новітні процеси і матеріалі! в порошковій металургії», м. Київ, 1997 p.; XXXVI Міжнародному семінарі «Аіпуальні проблеми міцності», 26-29 вересня 2000 року, м. Вітебськ.

Публікації. Матеріали дисертації опубліковано в 10 статтях ь наукових журналах і збірниках, 7 тезах, отримано 1 авторське свідоцтво СРСР. .

Структупз та об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти глав, висноехів та списку літератури. Повний об’єм 129 сторінок. Дисертація включає 5 таблиць, 38 малюнків, бібліографію - 123 робіт, один додаток - витяг з протоколу ісшгтів дослідної партії дроту, виготовленої на СКТС і ТМ, м. Світловодськ.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі визначено роль досліджень в галузі фізики металів для розвитку порошкової металургії. Сформульовано мсту та задачі роботи, визначено головні напрямки досліджень. Обгрунтовано актуальність, наукову новизну та практичну цінність результатів. Коротко викладено основні результати, сформульовані положення, що виносяться на захист. Визначено особистий внесок автора.

ділі приведено аналітичний огляд літератури, в якому озглядаються

питання залежності механічних властивостей від пористості, впливу температури на механічні властивості спечених матеріалів, особливості формування текстури спечешгх матеріалів. В результаті аналізу існуючої літератури зроблено висновок, то структура спеченого матеріалу с надзвичайно складним, багатофакторннм об'єктом дослідження. Особливим дефектом спечених матеріалів с об’ємна пористість (0). І! значення залежить від великого числа факторів: типу порошку, тиску пресування, температури, часу і атмосфери спікання і т.п. У зв’язку зі складністю структури і механізмів деформації спечених матеріалів автори наведених досліджень в більшості випадків вважають за доцільне на першому етапі встановити кореляцію механічних властивостей цих матеріалів з параметром 0, а вплив інших чинників враховувати через вибір параметрів рівнянь або додатковими умовами, які враховують специфіку поведінки тахого матеріалу під

навантаженням. В огляді зроблено аналіз існуючих до теперішнього часу формул, що

І

дозволяють обчислювати мішііетні властивості пористих тії через такі параметри як об’ємна пористість і значення міцності компактного матеріалу, і визначено область їх застосування. Приведении в короткому огляді стан питання показує, що до моменту' постановки дослідження були відсутні чіткі фізичні і математичні залежності, що описують вплив пористості на ряд механічних властивостей: пластичність, параметри деформаційного зміцнення, холодноламкість і ін.

Специфіка деформації і руйнування пористих металів майже не досліджувалася за допомогою сучасних приладів і фізичних методів, наприклад, таких методів, як акустична емісія з точним визначенням координат активного перерізу та електронної мікроскопії “іп 5Іш". які дозволяють вивчати процес деформації і руйнування в масштабі реального часу.

Недостатньо вивчено еволюцію структури пористих спечених матеріалів при їх термомеханічній обробці.

В другому гозлілі розглядаються об'єкти та методи дослідження. Для вивчення впливу структурного стану спеченого пористого зшііза на комплекс його механічних властивостей були виготовлені зразки з пористого заліза марки ПЖ4М2 (ГОСТ 9849-74) методом холодного пресування і подальшого спікання у водні протягом 2 годин при температурах 900, 1100 і 1200°С. Паристість кожного зразка контролювалася методом гідростатичного зважування.

Для вивченая впливу термомеханічної обробки (ТМО) на структуру вольфрамових прутків і дроту, виготовлених з спеченого вольфрамового штабіка, в роботі досліджували спечені штабіки. прутки і дріт з вольфрамового сплаву марки ВА (0,006К, 0.0065І, 0.004А1,

0,005Ре, 0,03Мо), виготовлені згідно прийнятих на підприємствах технологій і дослідних технологій, які було розроблено з участю автора на СКТМ і ТС, м. Світловодськ, Україна і Чирчикському комбінаті тугоплавких металів і сплавів, м. Чкрчик, Узбекистан. Штабік з

перерізом 14x14 мм: і пористістю 12% піддавали ротаційному куванню (найбільш поширена технологія) до 02,75 мм або гвинтовому або чотирьохвалковому прокатуванню до о7,5 мм і куванню з подальшим волочінням. Температура деформації знижувалася від 1400 °С до 1300 °С при куванні або прокатуванні і від 1100 °С до 650 °С при волочінні. На дослідній партії провадили додатковий відпал прутків і дроту.

Структх-ркі дослідження: електронно-мікроскопічні дослідження «на просвічування» проводилися на електронному мікроскопі ЕМ-200: фрактографічні дослідження проведені на растрових електронних мікроскопах РЕМ-200 і Т-20; металографічні дослідження полірованих зразків провадилися на оптичному мікроскопі; вивчення розподілу легуючих елементів і домішок на поверхні руйнування, отриманої безпосередньо в колоні мікроскопу у вакуумі не нижче за 10'* Па, проводили методом Оже-спектроскопії на приборі ММРЮБ, для визначення розподілу домішок по глибині поверхневі шари видаляли за допомогою іонного бомбардування атомами аргону; дослідження кристалографічної текстури провадили на реігтгенівсьмй установці ДРОН-ЗМ, був використаний метод зйомки на «відображення» в МоКа * випромінюванні, за отриманими даними було побудовано полюсні фігури і визначено кристалографічну текстуру вольфрамових прутків після різних видів ТМО. ..

Оцінку хиіни щільності і зміну відносного об'аіу прутків і дроту проводили за допомогою методу диферениійного гідростатичного зважування, який розроблено для вивчення дефектів кристалічної будови твердих тіл. Перед кожним зважуванням вага еталона (еталон - відпалений монокристал вольфраму) і зразка в повітрі врівноважуються.

Зміну об'єму знаходять по формулі: —е , де &У різниця між

■ ' *,£ [р,-рМ1

об'ємами зразка матеріалу і еталонного зразка, Vе -об'см еталонного зразка; Pl.Pl маса еталонного зразка в робочій рідині і в повітрі; Р^.Р’- маса зразка матеріалу в робочій рідині і повітрі; />,,/>„• щільність робочої рідини і повітря.

Механічні властивості визначали при випробуваннях на розтягування на машині 1246УТ з швидкістю руху захватів 2 мм/хв і випробуваннях на згин по трьохточковій схемі з швидкістю руху згинаючого ножа 2 мм/хв і відстанню між операми 19 мм. Випробування на згин проводили в широкому інтервалі температур, що дозволило визначати температуру холодноламкості (Тх). За температуру холодноламкості вважали найнижчу температуру, при якій ще спостерігалось відхилення від закону пропорційності. У всіх видах випробувань записували криву деформації, що дозволяло визначати параметри деформаційного зміцнення і з допомогою якої розраховували границю плинності та міцності і пластичність. Для характеристики пластичності

вольфрамового дроту і схильності її до розшарування проводили випробування на пін з перегином. Випробування на тріщиностійкі сть вольфрамових прутків вздовж осі прутків проводили на мікрозразках по методиці, розробленій а ІПМ НАНУ. Мікротвердість зразків вимірювали на мікротвердомірі ПМТ - 3.

Вивчення кінетики деформації та руйнування спеченого пористого заліза здійснювалось з використанням методу "in situ" при розтягуванні пласких зразків в колоні растрового електронного мікроскопу і методом вивчення характеристик акустичної емісії при розтягуванні зразків, які мали різну пористість та температуру спікання.

За методом "in situ" зміни в морфології поверхні зразка фіксувалися на фотоплівку через певні проміжки часу. Процес навантаження на час зйомки припиняли, але навантаження не знімали. Після зйомки навантаження продовжували. Всі спостереження велися на великій площині спеціально підготовлених пласких зразків двох типів: 1 тип зразка - велику площину зразка товщиною 0.5 мм механічно шліфували і полірували, у ucirrpi робочої частини свердлили отвір діаметром 2 мм для концентрації напружень і локалізації місця зародження трішшш: 2 тип зразка - зразок товщиною 2 мм розрізали електроіскровим методом паралельно великій площині зразка таким чином, що в пентрі робочої частини зразок залишався нерозрізаним по площині 2x3 мм'. потім зразок розколювали в рідкому азоті: вздовж зробленого по периметру надрізу і таким чином отримували в центрі великої плотики зразка поверхню відколку.

За методом акустичної емісії при розтягуванні зразка, що мав довжину робочої частини 50 мм. реєстрація сигналів ЛЕ здійснювалася за допомогою лінійної системи з двох резонансних (v ~ 450 кгц) датчиків сигналів АЕ. Методика реєстрації сигналів ЛЕ дозволяла за допомогою ЕВМ для кожного імпульсу ресструватн амплітуду, тривалість сигналу, інтенсивність і потужність сигналів, а також отримувати запне кривої деформації (в координатах: час випробування - діюча напруга) разом з характеристиками АЕ. Координати перерізу, в якому виникали імпульси АЕ, визначали по різниці часу приходу сигналу на два резонансних датчики (помилка визначення хоординзти активного перерізу не більша за 2 мм).

Третій розділ присвячено вивченню особливостей деформування і руйнування спеченого заліза. В підрозділі 3.1 розглядаються особливості деформування і руйнування спеченого заліза, встановлені при розтягуванні зразка в колоні растрового електронного мікроскопу. На мал.1 приведено показові фотографії послідовного розвитку тріщини при збільшенні навантаження зразків типу 1.

Як свідчать отримані за цим методом результати, в спеченому залізі під дією навантаження тріщини зароджувалися незалежно одна від іншої, а саме їх ззродження носило випадковий за часом і розташуванням характер. Тріщини зароджувалися також і

а

а

б)

Мал.1 Зародження і розвиток трішшш при послідовному навантаженні зразка з в = 28%. а) є ш 2%, б) є = 7%. Цифрами вказані характерні точки зразка, по яким прссліажувалнсь зміни морфології поверхні зразка. Білою стрілкою вказано напрямок, по якому при подальшому навантаженії! розкрилась магістральна тріщина, чорною - напрямок дії навантаження,

в зоні концентрації напружень у вершині тріщини, шо розвивалась. Деякі трішшш могли загальмуватись, утворюючи стабільний при подальшому навантаженні дефект, наприклад, у т.3,4,5, мал.І. При розкритті деяких тріщин зміщення протилежних берегів тріщин відбувається на тільки в напрямку дії навантаження, а і під кутом до неї.

Мал.2 Локалізація деформації в СТРУК^’Р» спеченого пористого заліза. При розвитку

міжчастковому контакті, хЗООО. магістральної тріщини деякі міжчасткові контакти

деформуються, маючи ц/ — 100% (мал.2), шо свідчить про локалізацію деформації в міжчасткозих контактах.

При дослідженні зразків типу 2 на поверхні відколку спостерігали за зміною форми і взаємного розташування часток довільно вибраного фрагменту відколку при послідовному навантаженні зразка. Виявлено сильний розворот ряду невеликих часток без руйнування їх міжчасткових контактів і руйнування окремих елементів часток, шо, у цілому, не змінили своїх розмірів при навантаженні. В зв'язку з цим до специфіки пластичної деформації і руйнування спеченого пористого заліза потрібно віднести значні ротаційні моди.

В проведеному дослідженні експериментально доведено, що при навантаженні пористого залізного зразка відбувається спільний розвиток пластичної деформації і руйнування.

£ •

Взагалі деформація в окремих об'ємаїх зразка дуже нерівномірна, що пов'язаио з нерівномірністю

Можливість такої ротації зумовлена різною міцністю міжчасткових контактів (цс призводить до виникнення обертаючих моментів) і міжчасткозою пористістю. Таким чином структура, морфологія і хімічний склад міжчасткових контактів маг великий вплив на механізми деформації і руйнування спеченого матеріалу. Запропонована іпми схема пластичної деформації пористого матеріалу наведена на мал.З.

При дослідженні зв’язку- структури спеченого зхііза з його механічними властивостями нами було зроблено припущення, шо довжина плошшш ковзання у цьому матеріалі лімітується не розміром зерна, а розміром елемента структури, який обмежений порами -міжчастковими і тими, шо знаходяться всередині часток (лив. гл.4. р.4.1).

Виявлена в даному дослідженні система ліній ковзання, а також руйнування елемента великої частки, підтверджує це припушенім.

В дослідженні виявлено, шо при розтягуванні зразка формується декілька незалежних макроскопічних трішин. Деякі з них надалі зливаються в магістральну тріщину, що призводить до остаточного руйнування зразка. На поверхні руйнування, як правило, спостерігається змішаний характер руйнування.

Суттєво також, шо в спеченому залізі, на відміну від компактного, при зародженні тріщини, здатної збільшувати свої розміри під навантаженням, стадія зародження мікропор і злиття мікротрішин не грас істотної ролі.

В підрозділі 3.2 розглядаються особливості АЕ при розтягуванні зразків, що мають пористість 10, 14 і 30 %. Інформацію про механізм руйнування несе передусім амплітудний розподіл АЕ. При розтягуванні пористих зразків сигнали з великим значенням амплітуди зафіксовані вже на дільниці пружності і на дільниці кривої деформації, яка відповідає початку зміцнення, що можна зв'язати як з розкриттям мікротрішин в найбільш послаблених місцях спеченого матеріалу, так і з релаксацією складно-напруженого стану в міжчасткових контактах за рахунок розвороту часток. Тільки для зразків з пористістю 14% середа? амплітуда зростає протягом всього часу випробування. В дослідженні виявлено немонотошгу залежність амплітуди сигналів акустичної емісії і числа подій АЕ від пористості. Виявлено також, що максимальне

А

І

а)

Мхі.З Схема пластичної деформації пористого матеріалу з ротацією окремих часток: а) до навантаження, б) після деформації, стрілками показано дію навантаження.

число подій для зразків з пористістю 10% і 30% досить чітко локалізоване по довжині зразка, а для зразків з пористістю 14% джерела АЕ помітно розосереджуються по перерізах з різними координатами.

Динаміка процесів руйнування і деформації знаходить своє відображення у значеннях потужності сигналів АЕ. Для зразків з пористістюі 4 % потужність окремій сигналів АЕ виша на порядок, ніж для зразків з більшою або меншою пористістю.

У нашій роботі (див. гл.4 ), а також в роботах інших дослідників, показано, що у спечених матеріалах спостерігається немонотонниГі характер залежності ряду механічних властивостей від пористості. Це явище зв'язується звичайно із зміною характеру пористості від відкритої до закритої. Наведені вище приклади залежності характеристик сигналів АЕ від пористості можуть свідчити про зміну кінетики протікання процесів деформації і руйнування при зміні характеру пористості.

Розподіл потужності сигналів АЕ по довжині зразка з 0= 10% в залежності від часу випробування показаний на мал. 4.

І

О

Мал.4 Трьохвиміриа діаграма залежності потужності сигналів АЕ від часу випробування і координати «активного» перерізу.

АЕ при розтягуванні спеченого пористого заліза носить дискретний характер, що позв'язується з в'язким, циклічним розвитком тріщини одночасно з пластичною дгформашєю, найбільш помітною поблизу мїжчасткових контактів. У ході випробувань на розтягування формується декілька “активних” перерізів - областей локалізації АЕ. Імпульси АЕ з максимальною потужністю спостерігаються в кіниі кривої деформації. Внаслідок структурних перебудов відбувається перерозподіл “активних" перерізів в залежності від часу випробування.

У четвертому сазлілі в рамках однієї з моделей, розвинутих для пористих матеріалів, розглядається питання впливу пористості на механі'ШІ властивості спеченого заліза, включно з

температурою холодноламкості і параметрами деформаційного зміцнення. Розділ склад їсться з 5 підрозділів.

У підрозділі 4.1 формулюється мета та методологія дослідження механічштх властивостей спеченого зхііза. У підрозділі 4.2. розглядається питання залежності механічних властивостей спеченого заліза від розміру часток або від пористості. Експериментальні результат» оброблено по формулам Ришкевича:

О ~ сг,схр(-В&), (І)

Бальшина:

«г-оіО -вТ, (2)

та Щербаня:

а = оі(і * 0г)схр(-В0), (3)

В цих формулах а, - міцність компаетного матеріалу. Літ- константа.

Обробку експериментальних даних, отриманих прн розтягувзнні зразків пористого заліза, відповідно до формули (3) проведено згідно пиразу:

Іп—~—г = Іпст, - ПО . (4)

Експериментальні значення добре відповідають лінійній зхіежиості у вказаних координатах. Прн цьому отримуємо: для границі плинності: Д, = 4,1 і оц = 140 МПа; а для границі руйнування Вр т 6.3 і Ол ш 290 МПа. Границя руйнування знижується більш швидко з ростом пористості, ніж границя плинності, тобто Вг > В,.

Дослідження не виявило залежності механічних властивостей від розміру часток. ІДсіі факт, а також фрактографічнс вивчення поверхні руйнування зразків, свідчать про те. шо розмір часток перошху заліза ПЖ4М2 (відновлений порошок), так само, як і розмір зерна, не впливає істотно на механічні влаетг.вості спеченого зхііза. оскільки ефективна доижшіа площини ковзання визначається розміром більш дрібних фрагментів, обмежених порами і поверхнями розділу.

У підрозділі 4.3 дасться аналітичний огляд деяких існуючих моделей визначення пластичності пористих матеріалів і на основі їх аналізу в дисертаційній роботі отримано рівняння, шо зв'язує пластичність та міцність пористого матеріхту.

Проаналізовано модель Копе (моделювання порпетого металу матрицею кермета), модель Аудиера (модель, при якій сферичні пори радіуса г створюють у металі просту ромбічну гратху), модель Халеса (пористий матеріал розглядається як розгалужена сітха і пластична деформація обіймає ту частину розгалуженої сітки, де напруження перевищує границю плинності).

Згідно Копе об'єм матеріалу, який деформується, визначається як:

де А - мінімальне значення перерізу матриці, найбільш послабленої порами, А0 і У0 -переріз і об'єм робочої частини зразка. Вважаючи, шо видовження 6 пропорційне частіші об'єму матеріалу, що деформується. Копе отримав:

де 4 - видовження до руйнування компаетного матеріалу.

У дисертаційній роботі розглянуто шляхи визначення —, виходячи з характеристик

’ . А,

міцності пористих матеріалів. Якшо прийняти:

с А

— . (7)

оі А0

де А ~ "працюючи!»" переріз, тобто перерЬ, значно менший, ніж це визначається геометричними факторами (це пов'язано з можливістю локалізації пластичної деформації поблизу пор). то з (6) і (7). отримуємо вираз: .

М-Г •

«І )

(8)

При цьому відношення — визначається одним з рівнянь, які існують для ’ <г» '

характеристики залежності міцності спеченого матеріалу від пористості (наприклад, розглянуті вище формули Балшина (1), Ришкевича (2) або Щербаня (3),).

Скориставшись формулами (3) і (8), отримуємо:

■5~<5-.(!-03)3 ехр^-|г,б|. (9)

Використовуючи формули (2) і (8), отримуємо:

$«4ехр(-|в,в). (10)

Дійсно, отримані експериментальні дані з пластичності пористого заліза, обчислені згідно з виразом (9) в координатах: 1п7——г- - 6, лінійно залежать від пористості і кут

М7

нахилу цієї лінії також відповідає значенню, шо обчислюється за виразом (9) (мал.5).

Це с свідченням того, шо залежність <5 (б) задовільно обчислюється співвідношенням (9).

Швидкість зниження пластичності із зростанням пористості зазвичаєм характеризують значенням 6, що зменшує пластичність в два рази. ■' .

.Л

із '

Якщо залежність 5(8) дасться виразом (10), то:

0<м — 46 / В?.

(II)

Знаючи в о> можна легко оціттг параметр В в формулах для пластичності.

1.4

II ■ ■ • •

О 0,16 032

У підрозділі 4.4 розглянуто пігтання про наявність особливостей деформаційного зміцнення спеченого заліза. Як і в компактному залізі, при розтягуванні пористого заліза

спостерігається параболічне зміцнення.

Мал. 5 Вплив пористості на пластичність спеченого заліза, в координатах, які спрямляють вираз (9).

і на характерне для третьої стадії зміцнення.

Параболічне зміцнення у компактних матеріалах визначається згідно з рівнянням Лгадшіка: сг = а, - НЕ". (12)

де а, - границя плинності, £ - дійсна пластична деформація, /V і и - коефіцієнт і показник деформаційного зміцнення.

Обробка експериментальних результатів для зразків з пористістю 10-36% в координатах іп (сг- сі) - 1п £ дас лінійну залежність. Цс вказуг на тс. шо для визначення зміцнення пористого заліза припустимо застосовувати формулу Людинка. Як показав експеримент, показник деформаційного зміцнення л не залежить віл пористості, а коефіцієнт N деформаційного зміцнення описується співвідношеннями, аналогічними тим. які використовуються для характеристик міцності (див. 4.1). Тобто коефіцієнт деформаційного зміцнення залежить від пористості за виразом:

З експерименту отримуємо: ** 600 МПа, В, *= 4,1, як і для границі плинності.

Скориставшись формулами (12), (13) і (3) отримуємо внраз :

тобто відношення — ие залежить від пористості. Це свідчить, шо пористість не викликге а,

суттєвого змінювання механізму деформаційного зміцнення спеченого заліза.

В підрозділі 4.5 викладено експериментальні результати та теоретичні обгрунтування залежності температури холодноламкості від пористості.

Зростання пористості призводить до зниження пластичності, тому можна очікувати, шо з ростом в значення температури холодноламкості Т, повинно підвищуватись. Залежність Тх (0) проаналізовано, використовуючи співвідношення О. Ф. Іоффе:

АГ-% (1-03)3схр(-В,0).

(13)

(14)

Як було показано вище (р.4.2), для границі плинності і границі руйнування можна скористатись виразами:

(15)

<*(ЙГ)« о^ив), <16)

де оі* і <Тр. - границі плинності і міцності компактного матеріалу, Ь(в) і Г2{0> мають вигляд відповідно до рівнянь (1), (2), або (3).

Наслідуючи О.ФЛоффе при поясненні явища холодноламкості спечених металів з ОЦК-граткою, будемо нехтувати залежністю <тр (Т) в порівнянні з с>ттсво сильнішою залежністю о-ДТ). Тоді для пористого металу умова досяпіення температури холодноламкості виглядає як вираз:

<тА Т) г- а - о* ~г - о* ПО)- (17)

Незалежно від того, які рівняння використовувати - формулу Ришкешіча чи Щербаня,

отримуємо:

Р(0= ехр-(£ї,,-Й,) 0. (18)

ВР і В, - коефіцієнті! в рівняннях залежності граніті міцності та границі плшшості.

З (17) і (і8) видно, що холодноламкість досягається при більш низькому значенні

грашші плинності, ніж у компактному матеріалі {Г(0 ) < 1). тому температура

холодноламкості тим вище, чим вншс пористість.

Для пористого металу, використовуючи вираз (17) і відомі температурні залежності грашші плинності для компактах ОЦІС металів, отриманих в роботах ІО.В.Мільмана і

В.І.Трсфілова. виведено рівняння для визначення залежності температури холодноламкості від пористості:

Г,(0)=Г., . (19)

■ . у \

де К, - ——. оцінюється експериментально по нахилу прямої <тдТ) при низьких йТ

температурах.

Одержано вираз для віпначення критичної пористості, при якій настає окрнхчування пластичного у компактному стані матеріал)' при кімкатшії температурі (б,). Значення 0Л можна оцінити з (17) і (18):

Єх = ,п—/ (В„-В,). (20)

о*

Вираз (19) призводі гть до монотонного зростання Г, з ростом пористості. Але в експерименті нами виявлено і немокотонну залежність Тх від пористості. Залежність Т, від пористості віивлясться більш складною, оскільки при збільшенні пористості відбувається

різкий перехід від закритої до відкритої пористості, що впливає на хімічний склад міжчасткових контактів і змінює механізм руйнування пористого металу від квазіпластичного до крихкого (мал.б, 7).

Мал.6 Залежність температури Мал.7 Вплив пористості на вміст

холодноламкості спеченого заліза кисню та сірки на різних поверхнях в

від пористості тз температури спеченому залізі.

спікання. _

П п'ятому иозлілі з застосуванням сучасних уявлень впливу термомеханічної обробки

ка структуру і властивості тугоплавких метхіів розглядаються питання оптимхіьного

структурного стану і режимів ТМО при отриманні вольфрамового дроту з пористого

спеченого штабіка. Розділ складається з трьох підрозділів.

В підрозділі 5.1 сформульовано проблеми, які треба вирішувати при розробці

технології отримання проволоки з порошкового вольфраму - ие необхідність

деформування малопластичного сплаву до дуже великих ступеней деформації (1000%. і

більше), а також необхідність поєднання у дроті високотемпературної міцності та

технологічної пластичності при кімнатній температурі.

В підрозділі 5.2 розглядаються пігтання впливу ротаційної ковки, гвинтового і

чотирьохвалкового прокатування на структуру, щільність і механічні властивості

вольфрамових прутків.

Показано, шо ущільнення вольфрамового штабіка з пористістю 12% в процесі

виготовлення прутків залежить від виду ТМО. Для вольфрамових прутків, отриманих

методом чотирьохвалкового прокатування характерна аксиальна текстура <110> і

обмежена текстура з складаючими {001 }<І 10>, сформованими кожною парою валків в

своїй площині прокатування, яка ще не була описана раніше в літературі. Подальший

відпал таких прутків при Т « 2200°С призводить до переоріеїшщії зерен із зникненням

обмеженої текстури і посиленням аксиально! текстури <110>. Застосування

чотирьохвалкового прокатування не погіршує, а при правильному режимі ТО підвищує

тріщиностійкість прутків вздовж осі прутків і може істотно зменшити відсоток браку при виготовленні з вольфрамового спеченого штабіка прутків. У випадку гвинтової прокатки Ки знижується через наявність пористості, яка зосереджена вздовж осі прутка.

В підрозділі 5.3 викладено комплекс структурних досліджень і механічних випробувань на різних стадіях отримання V дроту, виготовленого за стандартною технологією і по запропонованій в дисертації дослідній технології із застосуванням додаткових відпалів.

При відпалюванні повинна здійснюватись “повільна” рекристалізація, коли границі зерен і субзерен підростають повільно (не відриваючись від К пухирців, а тягнучи їх за собою). Показано, шо оптимальні механічні властивості має дріт зі стапельною структурою, в якій зерна і субзерна витягнуті вздовж осі дроту, але нерівномірність зерен не перевищує 4, а границі зерен дещо хвилясті. Мікротвердість не повинна перевищувати 5-6 ГПа. Контроль ступеню схильності до розшарування \’»'-дроту може здійснюватися вимірюванням твердості.

Для вибору оптимальних режимів деформації і відпалу використано сучасні уявлення фізики міцності тугоплавких металів (теорія холодноламкості, фізична природа розшарування, еволюція структури в процесі пластичної деформації, теорія рекристалізації диспсрсно-зміцнсішх систем Ю.В.Мільмана та К.П.Рябошапки і ін.). Проведений розрахунок з застосуванням теорії рекристалізації лиспсрсно-змшисшіх систем показує, шо оптимальною температурою відпалу с температура Г= 1500 "С. прн якііі відбувагться так звана повільна рекристалізація і формується оптимальна структура. Розрахована теоретично температура співпадає з температурою відпалу, знайденою і перевіреною експериментально.

Розподіл калію (К) в об'ємі \№-дроту і розмір К - пухирців в процесі ТМО впливають істотним чином на його структуру і властивості. Оскільки, як було з'ясовано в дисертаційній роботі. К сггрегує на міжкристалітних поверхнях, то розподіл К виявляється пов'язаним з розміром зерна і субзсрна. Сегрегація К на міжкристалітинх поверхнях знижується при збільшенні загальної площі границь зерен (зниженні розміру зерна).

Дослідна партія дроту мала оптимальний структурний стан, підвищену пластичність та характеризувалась значно нижчим відсотком браку на всіх етапах виготовлення, про що є відповідний протокол між ИПМ НАНУ і СКТС і ТМ. м. Світловодськ.

ВИСНОВКИ

1. В дисертаційній роботі подальший розвиток отримали фізичні уявлення про формування механічних властивостей спеченого матеріалу. Встановлено вплив пористості спеченого заліза на міцність, пластичність, температуру холодноламкості, параметри

деформаційного зміцнення. Визначено особливості механізмів деформації та руйнування досліджених матеріалів з використанням сучасних методів дослідження.

2. На основі вивчення механічних властивостей і структури на всіх етгпах ТМО пористого спеченого вольфраму в процесі отримання вольфрамового дроту розроблено уявлення про оптимальний структурний стан для вольфрамового дроту і розроблено спосіб контролю структури в процесі виробництва дроту.

3. Вперше, методом растрової електронної мікроскопії “in situ” внязлено, на структурному рівні, такі особливості механізму деформації пористого заліза, як ротаційні моди з розворотом окремих часток, локалізація деформації в міжчастковнх контактах і одночасове протікання процесів деформації і руйнування. В пористому матеріалі для зародження тріщини стадія зародження мікропор не грас суттєвої ролі. Під дією навантаження в спеченому пористому залізі зароджуються декілька незалежних тріщин, частина з них може загальмуватись, інші - зливаються в магістральну тріщину, шо призводить до руйнування зразка.

4. Особливості в характері розповсюдження хвііль АЕ при деформації спеченого заліза (дискретність спектру АЕ. наявність сигналів АЕ з ослихою амплітудою на початкових стадіях деформування, зміна координат “активного перерізу" в процесі деформування ) підтверджують уявлення про одночасний розвиток процесів деформації і руйнування в пористому залізі. Виявлено нсмонотонну залежність значення потужності сигналів АЕ . середньої амплітуди сигналів АЕ та кількості подій АЕ від пористості, яка пояснюється пшишепням крихкості пористого металу в інтервалі перехідної пористості (зміна пористості від закритої до відкритої).

5. Показано, що зниження пластичності спеченого заліза з ростом пористості відбувається швидше, ніж зниження границі руйнування, яка. в свою чергу, знижується із зростанням пористості швидше, ніж границя плинності.

6. Отримано рівняння для розрахунку впливу пористості на пластичність до руйнування пористого металу. Отримано вираз для розрахунку пористості, шо призводить до зниження пластичності в два рази.

7. На базі фізичних уявлень О.Ф.Іоффе про холодноламкість металів вперше отримано аналітичний вираз для пористих металевих матеріалів, який визначає залежність температури холодноламкості від пористості.

8. Дістала подальший розвиток теорія деформаційного зміцнення для спечених матеріалів. Доведено можливість опису деформаційного зміцнення пористого заліза співвідношенням Людвика а- Не\ при цьому показник деформаційного зміцнення п не залежить від пористості, а коефіцієнт деформаційного зміцнення N{0 ) залежить від

пористості таким же чином, шо і іраниця плинності. Показано, шо відносне змінювання

. Дет . .

напруги плинності — не залежіпь ви пористості. о %

9. Ущільнення вольфрамового штабіка з пористістю 12% в процесі виготовлення з нього прутків залежіпь як від ступеню деформації, так і від виду термомеханічної обробки (ротаційне кування, гвинтове або чотирьохвалковг прокатування). Найбільше ущільнення мають прутки, що отримані ротаційним куванням. Чотирьохвмкове прокатування в поєднанні з додатковими відпалами дозволяє досягти щільності, що дорівшос щільності прутків після ротаційного кування.

10. Вперше виявлено текстуру для вольфрамових прутків, отриманих чотнрьохвалковнм прокатуванням. Для неї характерна наявність аксиальної текстури <110> і обмеженої текстури з складаючими {001}<110>. сформованими кожною парою валків в своїй площині прокатування.

11. На прикладі процесу отримання вольфрамового дроту розвинуто уявлення про оптимальну структуру, яка забезпечує поєднання високотемпературної міцності і низькотемпературної пластичності. Оптимальні механічні властивості мас дріт зі стапельною структурою, в якій зерна і субзсриа витягнуті вздовж осі дроту, але нерівномірність зерен не перевищує 4. Мікротвердість не повинна перевищувати 5-6 ГПа. Оригінальність розробленої технології отриманій вольфрамового дроту марки ВЛ засвідчено авторським свідоцтвом.

12. Показано, шо теорію дисперсно-зміцнених систем ІО.В.Мільмаиа і К.П.Рябошапкн може бути застосовано хія вольфрамового дроту, який зміцнюється калієвими пухирцями. Проведений розрахунок на основі цієї теорії, підтверджений експериментом, показує, шо температурою відпалу вольфрамові» пругків з сплаву ВА при виготовленні вольфрамового дроту с температура 1500°С, при якій відбувається “повільна рекристалізація’- і формується оптимальна структура.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

1. Ю.В. Мнльман, Н.П.Москаленко (Захарова), Р.К Изашенко, И. Д. Радомысельский, Н.ИЛЦербань. Механические свойства и деформационное упрочнение спеченного железа//Порошковая металлургия- 1984. -№7.-С.68-72.

2. Ю.В. Мнльман, Н.П.Москаленко (Захарова), Р.К. Ивашенко, И. Д. Радомысельский, Н.И.Щербань. Исследование сегрегации примесных элементов в пористом спеченном железе // Порошковая металлургия. - 1986. - )йЗ. - С.96-99.

3. Ю.В. Мнльман, Н.П.Захарова, Р.К.Иващенко. Низкотемпературная пластичность спеченного железа // Порошковая металлургия. -1987. - №10. - С.78-82.

4. 50.В. Міільман, Н.П.Захарова, Р.К. Иващенко. Механические свойства спеченных материалов. II. Влияние пористости па пластичность порошковых сплавов // Порошковая металлургия. - 1991. - №3. - С.49 - 53.

5. 10.В. Мнльман, Н.П.Захзрова , Р.К. Иващенко. Механические свойства спеченных материалов. Ш. Хладноломкость спеченных материалов // Порошковая металлургия. -1991. -№5. - С.38-49.

6. Ю.В.Мильман. Л.М.ЛсксопскшІ. Н.П.Захарова, Р.К.Иващенко. Исследование особенностей разрушения спеченного железа по метолу «in situ» // Порошковая металлургия. - 1994. -№1/2. - С.77-85.

7. Ю.В.Мильман. Н.П.Захарова, Р.К.Иващенко, А.МЛексовскнй. Изучение механизма деформации и разрушения спеченного железа методом акустической эмиссии // Электронная микроскопия и прочность матер ішов. Киев: ИПМ НАНУ. - 1999. - C.19S-205.

8. Ю.В.Мильман, Н.П.Захарова, Р.К.Иващенко, А.М. Лексопекий, Б.Л. Баскин. Исследование механизма деформации и разрушения порошкового железа /.' Технологическая и конструкционная пластичность порошковых материалов. - Киев: ИПМ НАНУ. - 1988. - С.93-97.

9. Yu.V.Milman. N.P. Zacharova. N.l.Freze, R.K. Ivashchenko. Structure and mechanical propenies of К-doped W wire / ed. by G. Knerincer 1114th lmcmaiiona! Piansec Seminar 97. -1997, V.l. - P.128-147.

10. Ю.В.Мильман, Р.К.Иващенко, Н.П.Захарова. Физические проблемы формирования структуры и механических свойств вольфрамовой проволоки // Физика процессов деформации и разрушения и прогнозирование механического поведения материалов, Сб. трудов XXXVI Международного семинара «Актуальные проблемы прочности». -Витебск. - 2000. - С.287-293.

11. Способ получения проволоки из вольфрама и сплавов на его основе-.А.с №1603816 СССР ЛО.В.Мильман, НЛ.Захарова, Н.И.Фрезе, Р.К.Иващенко. - №4642412; Заявлено 28.12.1988; 1990, - Бюл. №40.

12.Ю.В.Мильман, Р.К.Ивашенко, Н-П.Захарова. Влияние структурных факторов на механические свойства пористых спеченных материалов // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Физико-химические аспекты прочности жаростойких неорганических материалов». - Запорожье: - 1986. - С.231.

13ЛО.В.Мильман, Н.П.Захарова, Р.К.Иващенко. Особенности пластической деформации и разрушения поликристшшических спеченных материалов // Тезисы докладов X! Всесоюзной конференции «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов». -Куйбышев: -1986. - С.155-156.

14.Ю.В.Міиьман, Н.П.Захарова, А.П.Ольшанский, Р.К.Ивашенко. Влияние микролегирования на механические свойства н характер разрушения сплавов на основе тугоплавких металлов, полученных методами порошковой металлургии // Материалы конференции «Физика разрушения». - Киев: - 1989. - С.68.

15.Ю.В.Мильман, Р.К.Ивашенко, Н.П.Захарова. Влияние технологических факторов на склонность к расслоению вольфрамовой проволоки // Материалы конференции «Физика разрушения». -Киев:- 1989. -С.69.

16. Ю.В.Мильман, Д.ВЛоцко, А.И.Снрко, Н.П.Захарова. Влияние способа пластической деформации на кристаллографическую текстуру вольфрамовых и молибденовых прутков // Материалы II Всесозной конференции по прикладной рентгенографии металлов. - Ленинград: - 1990. -С.124.

17. Ю.В.Мильман, Р.К.Ивашенко. Н.П.Захарова, А.И.Снрко. Влияние технологии получения Мо- проволоки на ее структуру н свойства И Тезисы докладов международной конференции «Новейшие материалы в порошковой металлургии». -Киев.- 1997,-С.226.

18. Ю.В.Мильман. Р.К.Ивашенко. Н.П.Захарова, А.И.Снрко. Особенности кристаллографической текстуры прутков вольфрама и молибдена // Тезисы докладов международной конференции «Новейшие материалы в порошковой металлургии». -Киев. - 1997.-C.22S.

АНОТАЦІЯ

УДК 539.4:621.762

Захарова И.П Вплив структу рних факторів на механізми деформації і руйнування і механічні властивості спечених сплавів на основі Ре і \У. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичннх наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів. - Інститут проблем матеріалознавства НАН України. Київ. 2001.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу структурного стану спеченого порошкового вольфраму і заліза на комплекс механічних властивостей і механізм руйнування.

Вивчено вплив пористості на міц.чістні характеристики, деформаційне зміцнення, температуру холодноламкості і пластичність спеченого заліза. Отримано рівняння, в якому виводиться залежність пластичності матеріалів від пористості. У рамках моделі Іоффс отримано рівняння, в яхому виводіпься залежність температури холодноламкості від пористості. Методом Оже-спектроскопїї вивчено сегрегаційні процеси в пористому залізі. Особливості механізму деформації і руйнування спеченого пористого заліза вивчено за допомогою методу скануючої електронної мікроскопії “іп эни” при розтяіуванні зразків

спеченого заліза і методу акустичної емісії з визначенням координат активного перері зу й одночасним записом кривої деформації.

На прикладі спеченого порошкового вольфраму вивчено вплнз пластичної деформації і термічної обробки на структуру і механічні властивості спечених ОЦК-металлів. Досліджено вплив вид} термомеханічної обробки (ротаційне кування, гвинтове і чотирьохвалкове прокатування! на пористість, текстуру, структуру і механічні властивості прутків. Розроблено уявлення про оптимальний структурний стан для вольфрамового дроту в процесі термомеханічної обробки і розроблено спосіб контролю структури в процесі виробництва вольфрамового дроту.

Юиочові слова: пористість, структура, текстура, механічні властивості, холодноламкість, сегрегації, рекристалізація, деформаційне зміцнення.

SUMMARY

Zakharova N.P. Influence of structural factors on deformation and fracture mechanisms and mechanical properties of sintered alloys on Fe and \V base - manuscript.

Dissertation for the PhD. Degree on speciality 01.04.07. - physics of metal.

Frantsevich Institute for Materials Science Problems Ukrainian National Academy of Sciencc. Kiev-2001. ’

The dissertation work is devoted to studying the influence of structural state of sintered powder tungsten and iron on the complex of mechanical properties and on the fracture mccnsnism.

The influence of porosity on strength characteristics, strain hardening and plasticity of sintered iron is studied. A mathematical expression which describes the depender.ee of material plasticity on its porosity is obtained. The concepts about the influence of porosity on iow-tcmperaturc brittleness are developed. In frames of Ioffe model there is obtained a mathematical expression describing the increase of the ductile-brittle transition temperature with the growth of porosity. It is shown that in surface layers of pores in sintered metals there is observed a strong segregation of impurities and alloying elements, which often exceeds the segregation in grain boundaries. By the techniques of scanning electron microscopy “in situ” and of acoustic emission with the determination of the coordinates of the active cross section and simultaneous recording the stress-strain curve the peculiarities of deformation and fracture mechanisms of sintered porous iron are studied.

On the example of sintered powder tungsten the influence of plastic deformation and thermal treatment on the structure and mechanical properties of sintered BCC metals is studied. A complex investigation of structure, dislocation substructure, crystallographic texture, impurity' segregation and mechanical properties of tungsten semi-finished products produced from powder billets is carried out The influence of the kind of themic-mechanical treatment (rotation forging, screw and four-rolls rolling) on the porosity, texture, structure and mechanical properties of rods is investigated. There are developed the concept about the optimum structural state for tungsten wire during thermomechanical treatment as well as the way of controlling structure in the process of producing tungsten wire.

Key words: porosity, morphology, crystallographic texture, stress-stein properties, cold brittleness, segregation of impurities, recrystallization, strain hardening

АННОТАЦИЯ

УДК 539.4:621.762

Захарова Н.П. Тема - Влияние структурных факторов на механизмы деформации и разрушения и механические свойства спеченных сплавов на освове Fe и W. Рушпнсь.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических яаук по соеака;!Ы1оетн01.04.]3 - физика металлзз. - Институт проблем материалог.еденкя НАН Украины, Киев, 2001.

В диссертации взучгно слияние пористости спеченного железа нз прочность, пластичность, температуру х;: .гксяс.*:кс<сти, параметры деформационного упрочнение а также выявлены особенности механизмов его д&фермаїши и разрушения.

На примере изучеьня механических свойств я структуры на всех этапах передела в процессе получения пороивкоьон вольфрамовой проволоки нз порошковой пористой загсягогкн разработано представлений об оптимальном структурном состоянии для ьалофрсмской проволоки в процессе термомеханической обработки и разработан способ контроля структуры в процессе ПрОИЗВОДСГЕа проволоки.

Механизм дформация и разрушения спсчічіііьіх материалов изучен с привлечением современных методов физического эксперимента: риэтроаой электронной микроскопии “in situ" и акустической эмиссии при рапгя:хетш ооразиоз по методике. которая позволяет фиксировать ряд параметров АЭ одиоэременно с записью іфиссй деформации н определять координаты “активного евчекня". Установлень: такие особенности механизма деформации пористого железа, как ротационные моды с разворотом отдельных частиц, локализация деформации б межчЕстичных колготах, одновременное прэтскшше проиессоз Деформации к разрушения и др. Обнаружена немонотонная зависимость некоторых хграктеристи АЭ от пористости.

Показано, что снижение пластичности спеченного железа с ростом пористости происходит более быстро, чем снижение предела прочности, КОТСрЫЙ, в сеок> очередь, снижается с созрастанием пористости более быстро, чем предал текучести. Получено выражение, позволяющее рассчитать влияние пористости 0 на пяоетшшость до разрушения 5 по изьгегнкн зависимостям прочности а огг пористости.

На базе физических представлений А.Ф.Иоффе о хладноломкости металлов развиты представления о влиянии пористости па хладноломкость. Получено выражение, определявшее зависимость температуры хладноломкости от пористости. Методом Оже-спектроскзпин изучены сегрегационные процессы в аористом яселезз. Обнаружена сегрегация кислорода ва поверхности мсжчастичиых контактов. Содержанке кислорода на межчастнчных контактах а пористом железе, полученном спеканием в водороде, уменьшается при пгрехгде

пористости от закрытой к открытой. Экспериментально обнаруженная немонотонна* зависимость температуры хладноломкости от величины пористости объясняется тем. что с ростом обшей пористости происходит пороговое изменение характера пориггости от закрытой к открытой.

Получила дальнейшее развіггие теория деформационного упрочнения для спеченных материалов. Показана возможность описания деформационного упрочнения пористого железа соотношением Людвика <т= сгй+ Мг ", при этом похгзатель деформационного упрочнения п не зависит от пористости, а коэффициент деформационного упрочнения Д'(О) зависит от пористости таким же образом, как и предел текучести.

На примере спеченного порошкового вольфрама изучено влияние пластической деформации и Термической обработки на структуру и механические свойства спеченных ОЦК-мсталлов.

Исследовано влияние вида термомеханичсской обработки (ротационная ковка, винтовая и четырехвалковзя прокатка) на пористость, текстуру, структуру и механические свойства прутков. Уплотнение вольфрамового штабпка с пористостью 12% п процессе изготовления из него прутков зависит как от степени деформации, так и от вида термомеханичсской обработки. Обнаружен новый тип кристаллографической текстуры, которая формируется при изготовлении вольфрамовых прутков способом четырехвалковой прокатки. Для нес характерно наличие аксиальной текстуры <! !0 и ограниченной текстуры с составляющими {СО! )<110> в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, сформированными каждой парой валков в своей плоскости прокатки.

Показано, что теория рекристаллизации дисперсно-упрочненных систем Ю.В.Мнльмана н К.П.Рябошапки может быть применена к вольфрамовой проволоке, упрочненной пузырьками калия, что подтверждено экспериментом. Развиты представления об оптимальней структуре, которая обеспечивает сочетание высокотемпературной прочности и низкотемпературной пластичности. Оптимальные механические свойства имеет проволока со стапельной мелкокристаллической . структурой, а которой зерна и субзерна втянуты вдоль оси проволоки, но неравноосность зерен не превышает 4. Для уменьшения склонности к развитию трешнн рзссяоя границы зерен должны быть рслзхсированнымн и несколько криволинейныкя (не плоскими). Мнкротвердость не должна превышать 5-6 ГОа.

Ключевые слова: пористость, структура, текстура, механические свойства,

хладноломкость, сегрегашш, рекристаллизация, деформационное упрочнение.

Підп. зо Сооиаї 60x84/16. Пзсір ойс,

друк, офо. Униз. друк. л. £,& . Уиов.аврб.-відб. £.о-0(іа.-вид.л./,/ . Ткрах ІОО прим. Зац. 9&. '

Хнотитуї проблзи иатеріалозиавства

іи. І.;.І.4рЗНЦЄЕИЧ2 ІіДП /країнн

252142 Київ 142, вул. Кржика и і всь к сго ,3.

дільниця Оперативної поліграфії Інституту проблем иагерізлознавствв іи. І.й.&ращеьича НАіі України 252142 Килг 142, вуя. Країн ан ївсь кого ,3»