Взаимосвязь диффузионных и деформационных процессов при пластической деформации металлов в области температур 0,4...0,7 Тмл тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



МОПОВСКИИ^ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО - ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПАВЛЫЧЕВ Андрей Николаевич

ВЗАИМОСВЯЗЬ ДИФФУЗИОННЫХ К ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ 'ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛОВ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР 0,4 ... 0,7 Тпл

01.04.07 - физика твердого те-ла

АВТОРЕФЕ РА Т

диссертации на соискание ученой степ, ни кандидата йиэико - 'математических наук

Автор

•

Косква - Е9?!

Работа выполнена а отделении N 2 Московского ордена Трудового Красного Знамени инкенерно-бизического институте.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент В. П. Еариноо „ Официальные оппоненты - доктор йизико - математических

наук, профессор И. И. Папирос, кандидат технических наук, доцент Е, А. Смирнов . Ведущая организация - Институт Металлофизики

АН УССР

Зацита состоится " 9 - 1991 г, в

часов на заседании специализированного совета К 053.03.02 13 Московском инкенернс -физическом институте, по адресу: 115409 , Москва , Н-409 . Каиирское иоссй , дом 31 , Тел. 324-84-98 .

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института.

• гчтореоерат разослан ____1991 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печать» организации.

Ученый секретарь // __

специализированного совета "" В.Н.Яльиев

[ДДГСШШР

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ * / •

туальиость темы: Поведение юталлов при зисокотем-

эи деформации определяется концентрацией и переме-Чзеоектоэ резетки и их взаимодействием. Параметры, характеризующие подвинность примесных атомов и деформационных дефектов, злияат на перераспределение примесей в процессе пластической деформации материалов. Несмотря на имеячие.я сведения о диффузии примесей в условиях пластической деформации (ПД), здесь еще остается мноаество не Э8Я5ЖНЫХ проблем. В частности, мало изучена диффузия примесей внедрения при ПД.Не известны заранее температурно--скоростныг. интервалы, где можно ожидать либо ускорение, либо замедление диффузионной подвижности примесей. Недостаточно сведений о влиянии примесей на ход пластической ззоорнацин. Изучение связи диффузионны.. 1) деформационных тарамотров является актуальным та'кае в связи с широким трименениэм исследуемых в данной работе титана, циркония, зерил/чя и их сплавов в качестве конструкционных материков при повышенных температурах.

Задачи диссертации.

Цель» работы является изучение воздействия пласти-|еской деформации на самодиффузи» и диффузии примесей и ^следование обратного влияния диффузионных процессов на изд ПД при температурах 0,4...0,7 Тпл . Основные задачи, >гиаемыэ а работе:

1. Разработка модели дислокационного увлечения атомов финеси и применение ее для расчета коэффициента диффузии ! условиях пластической деформации.

2. Экспериментальная проверка модели с изучением лияния пластической деформации на диффузич примесей з |браацэх из титана и циркония.

3. Изучение влияния сверхпластической деформации (СПД) а диффузии) углерода в сплавах ' ВТ-14 и 2г-2,5% КЬ.

4. Экспериментальное изучение влияния' пластической ефэрмации на самодиооуэи» в бериллии.

5. Изучение природы эффекта -Портезена - Ле Яателье ЭПЛИ) з бериллии.Определение, области сучествозания и диф-узионных параметров примеси,-саязанной с ЭПЛИ о бериллии.

Научная новизна. .

Проведено исследование диффузионных процессов в,'ходе ластической деформации материала. Впервые:" .

1. Получены экспериментальные данные по Диффузии углерода в титане, никеля в Цирконии и углерода в сплавах ВТ-14 и 1г-2,5Х МЬ в условия« пластической деформации.

2. Теоретически обоснован и экспериментально подтвер-яден ход зависимости коэффициента диффузии примесей от скорости деформации материала.

3. Изучена самодиффузия в бериллии в разных режима) деформации. Обнаруаено уменьшение коэффициента самодиффу-!2ии в принятой схеме эксперимента при ПД по механизму диффузионной ползучести. Проведена оценка возможности перераспределения атомов возникающими в ходе деформации'вакан-сионными потоками.

4. Проведены .исследования эффекта Портевена -Ле'Вате-лье б бериллии с определением температурно-скоростной области его существования. Определены диффузионные параметр! примеси, ответственной за ЭП1Ш с бериллии.

Практическая ценность.

1. Построена и экспериментально подтверждена модел) дислокационного увлечения примесных атомов при пластичег кой деформации. Это дает обоснованный метод расчета пере распределения примесей при термомеханической обработк материала.

2. Изучение диффузии в условиях сверхпластической де Формации вносит вклад в определение роли различных меха низиов СПИ исследованных материалов, что позволяет оптими зировать технологические процессы получения изделий.

3. Найдены конкретные условия перераспределения при месей между об'емом и границами зерен в Зависимости от и ориентации. Б результате соответствующей термомеханическо обработки можно улучшать используемые характеристики нате риала (прочность, пластичность) в заданном направлении требуемом температурном режиме. На этом основан способ по лучения заготовок горячепрессованного бериллия, эащиценны авторским свидетельством.

4. Исследование эффекта Портевена - Ле Шателье в бе риллии позволяет глубже понять физику процессов, контроле руючих пластическую деформаций, рекомендовать технологичЕ ские и эксплуатационные режимы, исключающие возможное! развития скачкообразной деформации и повышающие стабиль н :ть работы изделий.

Ос ювные положения выносимые на защиту.

1. Модель дислокационного увлечения атомов принес

при диооузии а условиях пластической деформации. Расчеты траекторий движения атомов а поле напряжений скользящей дислокации.

2. Экспериментальные результаты изучения диффузии углерода и никеля в титане и цирконии в условиях ПД и их интерпритация.

3. Экспериментальные результаты изучения диффузии углерода в сплавах титана и циркония в условиях свеохпласти-ческой деформации и их связь с различными механизмами СЛД.

4. эксперимента1ьные результаты и теоретические.расчеты влияния пластической деформации на самодиффузию в бериллии, на которых основан способ получения горячелрес-сованных заготовок из бериллия.

5. Результаты изучения эффекта Портевена -Ле Щателье в бериллии и их интерпритация.

Апробация работы Материалы диссертации доложены и обсуждены на: XXXI и XXXII научно-технических конференциях МИФИ (Носкза, 1985, • 1987 г.г.), на VI Всесоюзной конференции по диффузии в металлах (Тула, 1986), на II Международной конференции по современным проблемам порошковой металлургии (Киев, 1986), на VI Всесоюзной технологической конференции (Усть-Каменогорск, 1988), на '7.11 Всесоюзной конференции по взаимодействию между дислокациями и атомами примесей и свойствами сплавов (Тула, 1988), на Всесоюзной конференции по влиянию внешних воздействий на массоперенос в металлах (Киев,1990), на Всесоюзной конференции -"Молодые ученые и специалисты -научно-техническому прогрессу в металлургии" (Донецк,1984), Результаты работы долояены на научных семинарах отдела П-00 Харьковского физико-технического института, отдела П-460 Всесоюзного научно-исследовательского института не. органических материалов и кафедры "физики мета^лов" МИФИ.

Публикации.

Материалы диссертации изложены в 12 научных работах, список которых приведен в конце автореферата. Получено авторское свидетельство на изобретение.-

Структура и об'ем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения и содержит 162 страницы,) в том числе: 16 таблиц, 64 .рисунка, список литературы из 169 нзинэнозаний..

е

СОДЕРЖАНИЕ

ДИССЕРТАЦИИ

Многообразие процессов, протекающих при высокотемпературной ПД, не позволяет однозначно предсказать ее воздействие на диффузию. Это отражено в той части литобэвра диссертации, которая посеяцена анализу экспериментальных данных по диффузии в условиях ПД» В большинстве экспериментов обнаружено линейное увеличение коэффициента самсдиффузии и диффузии примесей замещения с ростом скорости деформации в диапазоне 10 10 с" . Увеличение подвижности связыЕа-

*»т с ростом числа избыточных вакансий, возникающих б ходе деформации. Б экспериментах показано, что с ростом температуры влияние деформации падает.

Предварительная холодная деформация замедляет диффузию примесей внедрения. Такое поведение можно об'яснить тем, что возникающие ''деформационные''вакансии•являются для них ловушками, а также сильным взаимодействием мег.уэельных атомов с неподеих!Ными дислокациями. В ходе деформации принеси внедрения могут дрейфовать вместе с подвижными дислокацигчи, что, в зависимости от условий эксперимента, может приводить и к уменьшению, и к увеличению диффузионной подвижности.

В литературном обзоре приведен анализ природы взаимодействия примесей с дислокациями в металлах и сделан вывод о преобладающем вкладе упругого взаимодействия для примесей внедрения. Анизотропия деформационного поля, возникающего при размещении мекузельных атомов в тетра- либо оь!та- порах приводит к тому, что примеси внедрения могут взаимодействовать не только с краевыми, но и с винтовыми дислокациями, причем энергия взаимодействия становится сравнимой с соответствующей энергией для краевых дислокаций.

Взаимодействие примесей с дислокациями при температурах 0,3...0,7 Тпл приводит к дрейфу дефектов, следствием которого становится изменение концентрации атомов примеси вблизи дислокации и формирование атмосферы Коттрелла по закону'!

Я" V», 2/а

Шх.и = 3(у> *(АГ<:/кТ) *С(х> , (1)

где: А -силовая константа взаимодействия; 1 - время; Б -ко*^фициент диффузии примеси; С(х) - об'емная концентрация примеси.

Для движущихся со скоростью V дислокаций кинетика осаадения. примесей уточнена Петуховым:

ГПхД) = 2*\/2АВУ/кТ * 1: » С(х)

<2)

С (х)

Следствием динамического взаимодействия примесей с подэияными дислокациями является прерывистая текучесть или эффект Портевена - Ле Шатэлье ( ЭПЛИ ).

Взаимодействие атомов примеси с подвижк 1ми дислокациями рассмотренное э 3 глааэ, .ноает приводить к изме-нэни» диффузионной подвианости за счет дислокационного транспорта. При разработке модели дислокационного увлечения .полагали, что под з-лияниам сил взаимодействия атомы примеси устремляются к дзияуцейся дислокации. Часть из них сегрегирует на подвижные дислокаци. и транспортируется ими на некоторое расстояние. Остальные атомы примеси лииь смещается о направлении убогаицей дислокацсч, образуя влейф, но не успевая сконденсироваться на ней. Назовем первый эООект дислокационным транспортом, а второй - дислокационным смещением.

Предположим, что при однородной пластической деформации на достаточном уда-удалении от поверхности образца количество дислокаций, двигающихся в про-тиаополозных напразлениях, в среднем одинаково. Поэтому, поток атомов примеси, возникающий в результате увлечения дислокациями, ,будет отличен от нуля только при наличии градиента концентрации. Направление этого потока ■ долдно совпадать с направлением диффузии , .)э , Рис.1.Вводя'средни» длину про.бега атома примеси за дислокацией - 1. и соот-* зетс/тзуяцеэ зрзня взаимодействия - 1 , из условия массового баланса -было

V

\ —

\ —и \ 1

1

'а 1 1

х-а>

х+<1>

Рис.1. Схема распределения диффузионных потоков.

получено дифференциальное уравнение, описывающее процесс диффузии, протекающей одновременно с дислокационные увлечением:

dC/dt = (Б + qSL2/2t)* d2C/dx2 + v « dC/dx , (3)

где: q - плотность подеивных дислокаций; S - оункция, определяющая количество атомов Nix) , взаимодействующих с единицей длины дислокации, в зависимости от концентрации С(х); v - скорость перемещения среды в ходе пластической деформации образца, di v ("v) =0.

Считая вклады в диффузионный массоперенос от дислокационного транспорта сегрегированных атомов примеси и смещения с направлении деиквния дислокации -аддитивными, каждый из них можно охарактеризовать своими значениями величин S , L и t в выракении (3). Для определения функции S, , связанной с дислокационным транспортом, можно использовать зависимость (2). Для дислокационного смещение

Л- л

Функции, Вг = ^»(A/kT)' , а сами атомы смещаются на расстояние La за соответствующее время - t2 = Отсюда выра»?-ние для коэффициента диффузии Dg с учетом дислокационного увлечения имеет вид:

D£ = D + qL* «\/Äljv7kT + !A/kT)2 . (4)

Для выполнения расчетов по выражению (4) необходимо знание таких величин, как L* , Lz и tz • Оценку средних значений Lz и t2 '.мокно получить из траекторий перемещения атомов примеси в голе напряжений скользящей дислокации. Для определения траекторий нами были проведены расчеты с применением ЭБН . Б расчетах использовали заражение для упругого взаимодействия дефекта с краевой • дислокацией:

W = ft*Sin(Q)/R , . (5)

где: Ы - энергия взаимодействия; R,Q - полярные координаты дефекта относительно дислокации. При этом исходили из того, что взаимодействие примеси с дислокацией существенно лииь в области, где W >, kl и пренебрежимо мало при D -«-0.

Из анализа полученных результатов следует, что траектории движ ния примесей существенно -зависят ' от скорости

-20

-10

-20

3

Х*10 см

У=1см/с Т=923 К

Х*10 см

У=10см/с 7= 923 К

Рис.2. Траектории атомов э пзлэ напряжений скользяцэй • хра=Еой дислокации.

скольяемия дислокации при V > Укр ) рис.2 . Для атомов углерода а же.азе У«р = 1 см/с при температуре 923 К и 7«р = Ю-4 см/с при 523 К . Расчетные значения совпадает попо-рядку величин!» с оценками Коттрелла для критической скорости отрыва дислокации от атмосферы (Ус =4БкТ/А, Ус = 4*10 см/с при 323 К и Ус = 3 см/с при 923 К ). Используя рззуль расчетов

при 923 К для углерода в аелезе, при разумных значениях з;<одя-цих в (4) параметров, получим:' 2 при

скорости ' деформации £ = qbV = 2*10с*' . }то согласуется с экспериментальными результатами Лазарева и .Смирнова , полученными при изучении диффузии углерода в железе. При . Т = 923 К в условиях пластической деформации со скорость;о £= 10"4с"' отноаеиие = 1,3 ,

Из анализа траекторий атомов мн прияли к выводу, что максимальное влияние дислокационного смещения на диффузионный процесс возможно при скоростях дислокаций, близких . к критическим, при которых .происходит отрыв дислокаций от примесных атмосфер, а .экспериментально - з области существования эффекта Портеаэна - Ле Зателье.'

Эксперименты по изучения диффузии углерода э яел^зв при температурах и скоростях деформации, где.'прояэляется ЭПДЗ, показали отсутствие влияния пластической деформации

на диффузию. Таким образам, слияние дислока„ийнного с несения дане в области своего максимального проявления оказалось незначительным.

Расчеты по зависимости (4) подтвердили еывод о слабом вкладе дислокационного смешении о диффузионный процесс. Влияние дислокационного увлечения будет определяться лишь дислокационным транспортом при гораздо меньших скоростях дислокаций. Следовательно! *

Л у—— Ч1|МЧИИГ1

Ь£ « цГ, *\/АВУ/1<Т

(6)

При малых скоростях деформации, скорость ния дислокации с примесной атмосферой мокет меньше скорости диффузионного потока и тогда

замедляется.

перемеце-

оказатьс к диффузия При даль-скорости

и с с я

Ьу С'<Р "

Рис.3. Предполагаемое влияние скорости деформации нг диОСузию.

неишен росте деформации величина Ю£ растет и , наконец , по достижении дислокациями скорости отрыва от примесной атмосфьры влияние дислокационного транспорта вновь уменьшается, рис.3 Расчеты по предложенной модели показали, что увеличение диффузионной подвижности долкно происходить при скоростях дислокаций на два порядка меньших происходит отрыв дне-;

критических скоростей! при котор^ локаций от примесных атмосфер.

Эксперименты по изучению влияния пластической деформации на диффузии были проведены по методике, описанной оо 2-й главе. После нанесения изотопа на боковую поверхность образец помечали в камеру модернизированной установки ИИАШ-5с, где он подвергался нагреву и деформации, в вакууме

Во время эксперимента о непосредственном контакте с деформируемым образцом находился недеформируемый "образс-ц--свидетель", по которому, впоследствии, определяли коэффициент диффузии в "свободных условиях". После эксперимента рабочу» область деформированного ^бра-иа и "образца-

свидетеля разрезали на части, на которых проводили пос-'лойный радиометрический анализ. По кривым про-мкнокэния находили коэффициенты диффузии по' методу Грузина с расчетом на ?БК. Изменение геометрии образца е ходе его пластической деформации, корректировали при р.асчете 1)^ согласно методике?,, предложенной Земским и Карпельевмм. ' _

Результата экспериментов по изучении диффузии в условиях пластической деформации представлены '« 4 главе. Влияние дислокационного транспорта >ыло изучено при диффузии углеродд о технической титана ВТ 1-0. и никэля п иодид-ном цирконии при температура« 773 и 1023 К в диапазоне скоростей деформаций 10""... 10~ас:~<..

D£/D

"1

1 £ I i

а > 1 ..... ¿г- * / у

--' 1 1 L )

-4 -3 -2 . -1 10 10 10 5,с

Рис.4. Влияние скорости деформации на диффузий:'

а) - углерода п П при Т - 973 К - О и Т = 1^23 .!< - О »

б) - никеля э 1г при Т - 973 К .

Во всех нсследояанннх случал;: при налих скоростях деформации величина коэффициента диффузии I) £ была насколько меныне коэффициента свободной диффузии Б , а при увеличении £ отношение Вс/3 заметно возрастало. Такое поведение отвечает модели дислокационного транспорта , рис.4 . Более того, рост диффузионной подвижности набли-

0

дали ' при . скоростям деформации, состйбляюцих несколько процентов от критических,_ как это и предполагала модель дислокационного транспорта. Оценка величин З)^'!) , полученная при реалистичных значениях входящих в (6) параметров, близка к экспериментальным.

Как известно, при сеерхпластической деформации в относительно небольшом скоростном интервале меняется вклад различных механизмов СПД: от преимущественно зернцгранич-ного проскальзывания с диффузионио-вакансионной аккомодацией до внутризеренного дислокационного скольнения, Поэтому с ростом скорости деформации можно наблюдать как подавление диффузии примесей енедрениа аакансионными потоками, так и ускорение диффузионной подоииности аа счет дислокационного транспорта. Для оценки влияния этих процессов были проведены эксперименты по изучению диффузии углерода в сплавах В7-14 и 2г-2,5Х МЬ в условиях сверхпластической деформации. Исследования выполнены р области температур 1013... 1173 К - и диапазоне скоростей 10"6 .,с"1 для сплава циркония и при 1073...1123 К для сплава титана с £ =10 10~г с"' .Полученные данные представлены на рис.5.

Рис.5. Влияние скорости деформации на диОФузж; углерода: а) - з сплаве циркония при 1013 К - О , при 1063 К - Л , при 1173 К - □ ; б) - в сплаве титана при- 1073 К ; в) - в сплаве титана при- 1123 К .

При анализе полученных результатов можно отметить, что при малых скоростях деформации отношение /Г' менеше единицы. Это' свидетельствует о наличии механизма,' приводящего к* замедлена диффузии углерода. Как упоминалось выше, таким механизмом мояет быть захват диффундирующих, атом.-избыточными •"деформационными" вакансиями, являнмцимися ловушками для атомов внедрения. При увеличении скорости деформации возрастает вклад дислокационного сктлькения. Это подтверждается низкими значениями параметра скоростной чувствительности в зависимости Б ~ £ т ( т~0,2 > в области ускоренной диффузии углерода в сплавах титана и циркония. В то асе Е.ремя, величина п была порядка 0,/] в области скоростей деформаций, где Ъ^/Ъ < 1 , -что свидетельствует о значительном вкладе зернограничного проскальзывания. Расчеты ■ вклада дислокационного транспорта при разумных значениях входящих о (6) параметров,, показали хорошее соответствие с экспериментом.

Таким образом, результаты экспериментов по изучении диффузии примесей при деформации титана, циркония и их сплавов согласуются с теорией дислокационного транспорта.

- Изменение диффузионной подвисности примесей в ходе деформации позмокно не только благьдоря их взаимодействию с дислокациями, но и еследстзш-: появления направленных ва-кансиок.чых потоков, например, при диффузионной ползучести. Нами было изучено влияние пластической . деформации на самодисоуэив в бериллии при Т 1073 К с £ = .2,6*10 5 с*1 (дислокационная ползучесть) и при температуре 1173 К со скоростями 6 = 5, 2* 10~5 с"' н £ = 9,2*10"6 с (диффузионная ползучесть). Результаты представлены в таблице.

ТАБЛИЦА

Самодиффузия в бериллий при пластической деформации

Т,к мин е ,•/. -1 £, с 2 В ^ , см /с 2 В , см /с Б./1)

1073 80 9.7 -5 2,6*10 -9 7,7+0,7*10 -9 8,0+1,1*10' 1

1173 ¿>2 2,3 -6 9,2*10. -9 8 ,9+0,7*10 -В 1,8+0,5*10 0,5

1173 60 7,8 -5 5,2*10 -8 1,4+0,1*10 -8 ->,1+0,3*10 0,7

Из результатов экспериментов видно, что различие о механизме деформации образцов при температурах 1073 К и 117"^ К привело к различному влиянию ПД на самодиффузии б бериллии. Деформация в. режиме диффузионной ползучести привела к замедлению диффузионной .подвижности.

Модель Набарро-Херинга, описывающая механизм диффузионно"1 ползучести предполагает - наличие встречных потоков вакансий и атомов■матрицы в направлении приложенного напрякения, рис.6. Из рисунка в"Дно, что атомы, диффундирующие в об'ем зерна, получают дополнительные составляющие по ско-ости как в направлении диффузий (поток ^ ), так и в направлении растяжения (поток ) на первой половине оорна. На второй половине диффузионный поток подавляется встречным потоком ^ . Используя мэдель Набарро-Херинга, мы получили выражение для деформационной составляющей скорости потока вакансий в направлении диффузии;

Ух = а*ВБЬс/кТ(1*\/1-(2х/<3)2

(7)

где:

Ве

Бе

Рис.6. Распределение диффузионных ПОТОКОВ.

Таким образом

константа, определяемая геометриеи зерна; напряжение на его границе;- й - размер зерна; постоянная . решетки.

Проведя оценки вкладов диффузионного потока, обусловленного градиентом концентрации изотопа Ве' , и деформационной составляющей потока вакансий на разных стадиях диффузионного отжига, получили, чтг на первой половине зерна' влияние взкансиснного потока на диффузию пренебрежимо мало. Оно становится заметным лишь вблизи границы второй половины зер-а . В области, где V* становится • сравнима со скоростью диффузионного потзка, величина V* изменяемся медленно и ее можно причять за константу.

мы пришли -с выражению.

\/4Б/Ы[с!г/4*:1> - 0,5 + 1 п (Г/Р£) 3 - . (В)

Подстановка в (7). и (8) экспериментальны-* данных привела к близким значениям величины Ух . Отсюда следу?'. к нто деформация в р)е«име диффузионной ползучести мокет оказывать значительное -влияние на диффузионный процесс и при-гести к существенному перераспределению примесей Так как три компактировании горячепрессованчых заготовок из берил-тия режим прессования близок к режиму диффузионной пэл-¡учести, то следствием такого перераспределения может быть юполнительный вклад в анизотропии механических свойств !е в направлении вдоль и поперек оси прессования. Насилие участков границ зерен, параллельных оси прессования, фимесями, укрепляицими границы С например, вольфрам для ¡ериллия) , приводит к улучшению механических свойств в на-фавлении, перпендикулярном оси прессования, На основе тих соображений усовершенствована технология получения •ор'ячепрессованных заготоЕ-ок из бериллия, защищенная ав-орским свидетельством.

Изменение диффузионной подвижности примесей в словиях пластической деформации оказывает влияние на ход амой деформации.В частности, диффузия примесей определяет уществование прерывистой текучести ( эффект Портевена -е Шателье ). Нами был изучен 'ЭПШ в горячепрессоЕаниом ериллии технической чистоты ТГП-5&, риг.7. Скорость ормации варьировали от 10

. 4

уьМ о

♦ г еоок

¿1- г

-5

.-1

до 10 ~ с ' в температурном интервале 300...800 К.

X

1 ,5 1000/Т,К .

ис.7. Диаграмма растяжения ри резком изменении скорости еоорма^ии: £, = 1, 5* 10~5 с"1; ¿г" ¿1 5 ¿з = 10« ¿а. .

Рис.8. Область режимов деформ дии, где наблюдается ЭПЛШ в бериллии.

Результаты экспериментов показали, что в области температур 600... 800 К пос;ле релаксации напряжений при 3 > появляется зуб текучести. Зависимость высоты по-

слгрелакс.щионного зуба дб от продолжительности выдержки при релаксации д t соответствует коттрелловской кинетике дб-'дЬ^3 , а при больших временах стремится к насыщению, причем временная зависимость спрямляется в координатах д 5 ~ 1п (д*:2-5). Оценка энергии активации по температурной зависимости скорости деформации, где проявляется ЭПЛШ, дает знгчение 0 = 120 КДж/моль, рис.8 .

Эту энергию можно уточнить, если задаться определенной кинетикой осаждения примесей на подвижную дислокацию. Мы получили:

0 = Т, *Т2/(Т2-Т, )*Р*1п(дЧ,-дБг-Т,а /д^-дБгТг ), (9)

где в качестве экспериментальных значений используется величина скачка напряжений ДВ и его продолжительность д Расчеты пр выражению (9) дали 0 - 100 КДж/моль. Полученная величина 0 существенно ниже энергии активации диффузии примесей,.имеющихся в материале. Так, для железа, с которым часто связывают динамическое деформационное старение ц бериллии, энергия активации равна ~ 200 КДж/моль, для углерода' 0 ~ 170...220 КДж/моль.

В ряде работ по изучению внутреннего трения в бериллии сообщается об увеличении подвижности углерода в области температур 600'К. Полагая, что низкая величина коэффициента диффузии углерода обусловлена его склонность» к образованию пар С-С либо С-Яе , увеличение подвижности может быть связано с распадом пар атомов под воздействием механических нагрузок. Возможно аналогичный процесс происходит в бериллии при деформации в области ЭПЛШ. При взаимодействии с движущимися дислокациями нарушается связь в парах и появляется значительное количество одиночных атомов углерода ( либо железа ), энергия активации диффузии которых ниже, а подвижность выше, чем у пар. Вследствие этого появляется возможность динамического взаимодействия примесей с дислокациями и проявляется ЭПЛШ.

ОСНОВНЫЕ • ВЫВОДЫ

1. Разработан^ модель дислокационного увлечения атомов примеси,, которая позволяет проводить расчеты ■ величины коэффициент диффузии в условиях пластической деформации.

2. На основании моделирования траекторий перемещения атомов'примеси о Ьоле напряжений скользящей дислокации проведены оценки влияния дислокационного смещения на диффузионный процесс. Сделан вывод о преобладающем вкладе дислокационного транспорта.

3. Сформулированы условия проявления дислокационного транспорта при изучении влияния пластической деформации на диффузию. Среди них наиболее савными являются:

- при малых скоростях деформации отношение D£/D < 1 , а с дальнейшим увеличением £. происходит рост коэффициента диффузии;

- увеличение диффузионной подвижности происходит при скорости пластической деформации на два порядка меньшей ско-.рости, соотостстоуюаей отрыву дислокаций от примесных атмосфер.

- при дальнейшем .роста' .скорости деформации влияние дислокационного транспорта уменьшается вследствие отрыва дислокаций от примесных атмосфер.

4. Эксперименты по изучении влияния пластической деформации на диффузии углерода в титане и никеля з цирконии-подтвердили существование дислокационного увлечения. Расчеты по модели дислокационного транспорта удовлетворительно описывают экспериментальные результаты. • Зависимость величины . коэффициента диффузии от скорости деформации соответствует сформулированным в работе условиям проявлена дислокационного транспорта о диффузионном эксперименте.

5. В условиях сверхпластической деформации смена механизмов СПИ влияет на диффузионную подвижность. При преимущественном вкладе в деформации зерногранич! ого проскальзывания происходит снижение величины коэффициента диффузии примеси внедрения. С ростом влияния внутризеренного

.дислокационного скольнения возрастает роль дислокационного транспо; та, что приводит к увеличению диффузионной подвик-ности.

6. Деформация в режиме диффузионной ползучести мокет приводить к неравномерному 'распРвДеленик> примесей под действием направленных вакаксионных потоков. Вследствие этого, при компактировании порошкового бериллия, возможен дополнительный вклад в анизотропию механических свойств. На основании изложенных представлений усовершенствована методика получения горячепрессованных заготовок бериллия, защищенная авторским свидетельством.

7. Эффект Портевена - Ле Шателье в бериллии проявляется в области температур 600.... 800 К и скоростей деформаций 10~5... 10 3 с"1 . Оценка диффузионных параметров примеси, связанной с прерывистой текучестью в бериллии, приводит к предположению, что механизм ЭПЛШ определяется разбиением пар .С-С либо С-Ре в условиях пластической деформации. Вследствие этого снижается энергия активации диффузии примесей { 3 =100 КДж/моль ), возрастает их подвижность и появляется возможность динамического взаимодействия с подвижными дислокациями.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах : ,

1.'Жаринов В.П., Зотов B.C., Павлычев А.Н. Учет увлечения дислокациями при диффузии в пластически деформируемой среде. // 9ММ. - 1988. - 65,N 2. - С.230-233 .

2. Каримов В.П., Зотов В.С-., Павлычев А.Н. Дислокационное увлечение атомов примеси. // Известия АН СССР. Металлы. - 1988. - N 2. - С.155-159 .

3. Харинов В.П., Павлычев А.Н. Влияние дислокационного транспорта на диффузию. //ЭММ. - 1988. - 66,N 6. - С.1223-

-1224 . •• • *

4. Заринов В.П., Зотов B.C., Павлычев А.Н. Влияние пластической деформации на диффузию углерода С1* в сплаве Zr-2,57. Nb . // Конструкционные материалы в атомной технике: Сб. науч. трудов / М.: Энергоиздат. 1937. - С.80-83 .

5. Павлычев А.Н., Каринов В.П., Хомутов A.M., Карпов Е.С. Самодиф}узия беоиллия в условиях пластической деформации. // фММ- - 1990. - N 8. - С.154-161 .

6. Жаринов В.П., Павлычев А.Н., Попов А.Б. Эффекты динамического деформационного старения в берилтии. // фММ. - 1990. - N 12. - С.127-134 . ,

7. Павлычев А.Н., 1аринов В.П. Влияние пластический деформации на' диффузию примесей в титане и цирконии. // Металлофизика. - i990. - .12,0 5. - С. 107-109 ..

8. &аринов В.П., Па.злычев А.Н. Пластическая деформа ция поликристаллйческого бериллия при температурах 400 ... 850 К. ¡1 Известия АН СССР. Металлы. - 1991. -N 1. - С.88-96 .

9. .Бирюков В.М*", Яаринов В.П., Зотов B.C. Павлычев А.Н. и др. . Способ получения компактных полуфабрикатов из поро-аков бериллия. - Авторское свидетельство- N 1394561 от 08.01.1988 .

10. Поведение примесей я.металлах / Абдулов Р.З., Каримов В.П., Зотов В.С., Паеличев А.Н., Сухарев В.И. и др. Научный отчет по .теме Гос. per. N 77061415 // 19ВЗ. - Имв. N 0283.0082426. - 77 с. • .

11. Поведение примесей о металлах / Ананьин В.II., Жари-нов В.П.s Зотов B.C., Павлычев А.Н. } Сухарев В.И. и др. Научный отчет по теме Гос. per. N 77061415 // 1934. -. Инв. N 0284.0071146. - 87 с.

12. Поведение примесей о металла» / Каринов В.П., Зотов B.C.., Павлычеа А.Н., Сухарев В.И. и *р. Научный отчет по теме Гос. per. N 77061415 И 1986. - Инв. N 02S6.0020529.

- 71 с.

13. Исследование взаимодействия дефектов кристаллической структуры в металлах и сплавах. Раздел: Из 'чение диффузионных механизмов релаксации напряяенйй в бериллии.' / Ананьин В.Н., Жзринов В.П., Павлычео А.Н., Попов А.Б. и др. Научный отчет по теме Гос. per. N '01860069058 Л 1988. - Инв. М 0289.0043784. - 68 с.

"К*