Закономерности инициированных диффузий процессов эволюции микроструктуры и пластической деформации при ползучести молибдена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

государственна комитет рсфср по делам НАУКИ И выспей школы

ТОМСКИЙ ОРДЕНОВ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ТРУДОВОГО' КРАСНОГО • ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫ!! УНШ2РОПЕТ-1И. В.В.КУЙШПЕВА

1 - ~~

На правах рукописи УДК 669.28:620.187:539.376:539.219.3 <

РАТОЧМ Илья Васильевич

закономерности инициированных диффузией процессов эвоодии шкростгуктуп! и пластической деформации при ползучести молщем

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела '

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата фмэико-математических наук

Томск - 1991

Работа выполнена в Сибирском ордена Трудового Красного Зз:а-ке;щ фяаико-^еитчесшд институте к«. В .Д .Кузнецова np.i Томском государств«::^:*; уназероитеге иа. В.В.Куй5шэвл, в Инзтгктуто физккн прочности к материаловедения СО /Л СССР.

Научный руководитель: доктор физкко-кстематнчзсиих наук / , Колобов D.P.

Офнциальше оппонентш доктор физико-математических наук

Конева H.A. кандидат физико-математических наук Строкатов Р.Д.

Ведущее предприятие: Институт проблем сгерхшаоткинэстя

металлов 'АН СССР, г. Уфа" •

Защита состоится G^Г&и&ЛЖ_ja3I.r„ в 14 час.

30 шш ка заседании специализированного совета К 0o3.53.0o по прксуэденнв ученой степени кандидата даоико-^тс-Йа^ичбскпх nayi: в Томском государственном университете к:i. В.В.Куйбшева (634010, Г. TüMCIC, пр. Язвина, 36, ГОСуЯЯВСПКГЗгЬ •

С диссертсциеГ молю ознакомиться в научней б^З'яиотеке Томского гогуштэрсигета. --

/шгорэферат разослан "jffi AfiTlMfith 1591 г.

Ученый секретарь специализированного совета

И.Ь.АНОЯ

ОБЩА? ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.Актуальность теш. В большинстве практически важных случаев эксплуатации жаропрочных металических материалов происходит в услоз.'мх активного воздействия внешней среды. В области повышенных температур (порядка 0,4-0,5 Тпл (Тдл - температура плавления)) такое воздействие шкет приводить к диффузионному насыщению металла-основы атомами примеси по шутрошшм поверхностям раздела а, как следствие, к изменению структуры и свойств последних. В свою очередь внутрешше поверхности раздела (прежде всего граница зерен) во многом определяют такие практически ватснкз свойства поликристаллов как сопротивление ползучести, пластичность, развитие процесса разрушения и др.

Одним кз важнейших достижений в теории границ зерен (ГЗ) является развитие представлений о возможности их перехода в неравновесное или даже "ждиоподобное" состояние, связаное с абсорбцией решеточных дислокаций. В последние годы также обнаружено, что такое состояние гяшзг быть достигнуто путем воздействия на ГЗ диффузионными потокагщ из внешнего источника. Такие потоки играют важную роль в реализации структурной сверхпластичности <ССД), твердо-'летаялической хрупкости, инициированных диффузией зорногрсничном 1 проскальзывании (ЗИ), миграция границ и рекристализацзш. Установлено, что всо перечисленные явленна имеют место только в нестационарном режиме диффузия В1 или' "типа В|" по общей класлкржации.

В связи с вышеизложенным естественно предполагать, что путем активации ГЗ металлических материалов дафйганошзшя потокам, ари-■леси возможен их перевод в сверхлластичное состояние. Кроме того, хредставляет значительный интерес изучение эволюции микроструктуры 1ри отжиге и ползучести в указанных условиях в зависимости от режима зернограшпшой диффузии. Однако ранее таких исследований не доводилось.

Структурно-фазоЕцз превращения, связанные с эернограштой диффузией примеси из внешней среды прежде всего развиваются в поверхностных слоях. Можно предположить, что в этом случае массивный образец представляет собой слоистый композит, состоящий из модафа-у-рованного поверхностного слоя (ПС) и матрацы (исходный матеряал). 1о-видамому, при шигенэрных расчетах механических свойств такого {омпозита можно применять правило смеси. Однако в литературе такой юдход к расчету механических свойств материалов, подвергавшихся

воздействию внешней среды, pause не рассматривался.

Целью работы является исследование эволюции микроструктуры при отжигах в условиях наличия аерногранмчных диффузионных потоко! примеси; изучение кинетических и структурных закономерностей развития пластической деформации при ползучести молибдена в указанны; условиях; обоснование физической модели и метода инженерного расчета сопротивления ползучести молибдена с модифицированным поверхностным слоем.

Методы исследования включали оптическую и электронную мнкрос-кошт, оже-спектральный анализ, высокотемпературные механические и с шатания..

Научная новизна. В работе на примере сплавов молодела показано, что активация границ зерен диффузионными потоками примеси и: внешнего источника является новым способом получения сверхпластич иого состояния металлов. Установлено, что физической причиной реа лизации сверхпластичного состояния в указанных условиях является активация 2ГП, которая имеет место в неравновесном диф$узиогп-Ю1/ режиме Bj (по общей классификации). Последний определяется диффузионными параметрами системы.и скоростью миграции границ, оависл-щей от действующих напряжений. Обнаружена коррекция кекду изменением величины показателя скоростной чувствительности напряжения течения и изменением режима зернограничной диффузии.

Показано, чти процессу зарождения дислокаций и формирования дислокационных стенок fia границах зерен г условиях наличия эерю-граничных диффузионных потоьов примесн имеют место только в режиме нестационарной диффузии Ву.

Экспериментально обоснована применимость модели слоистого композита для инженерного расчета сопротивления ползучести поликристаллов с модифицировакглл поверхностным слоем.

Практическая значимость. Предложен новый метод получения сверхпластичного состояния полукристаллических коталлов, имеющих • сравнительно крупное зерно (порядка 20 мкм), которые в обычнъх ус ловиях не проявляют сверхпластичные свойства.

Обоснована возможность применения правила смеси для проведения инженерных расчетов механических свойств при ползучести ногал лов с упрочненными {раэупрочненнъшл) поверхностными слоями.

Основные положения, выносимые не защиту.

I. Активация границ зерен зериограничныш; дЛ4>узионным.и поте коми примеси $:э внегачег'о источника является новта способом реализации сверхпластичного состояния полукристаллических металлов.

Эффект имеет место в ограниченнее текпературно-сжоростиои и вреглен-ном интервалах деформироваяия.

2. Физическая причина реализации сверхпластичного состояния при ползучести молибдена в условиях воздействия диффузионными по-токаот примеси на границы зерен связана с активацией зерногранлч-ного проскальзывания, которая говеет место в определенном релиме диффузии. Последний определяется диффузионными параметрами Системы и скоростью миграции границ, зависящей от напряжения.

3. Инженерный расчет скорости ползучести полинрлсталлического ;!олчбде!»а с модифицированными структурой и свойствам! поверхност-. ■■ого с.-зя г'окно проводить в рангах модели слоистого композита с !!сиол»^оз -нлем правила смеси.

ДП|30.-'-гтч работы. Материалы диссертации долояены и обсуядекы

I. Ее-- '.г-гом семинаре "Пластическая деформация и актуальные проблемы ггг. т сплавов и порошковых материалов" (г. Томск, 1532 г.);

2". И Все':с" ; семгиаре "Структурные аспекты локализации цсфоркацни" (г. . ; 1Г1-3 г.);

3. Ресцубягхаяско'. •уферстзря "Кинетика я термедннаиика .''-'.иг.':;:" 1г. Барнаул, 1903 г.);

•1.- IV Зсесостяой кокферетрм "Сверхпластайность металлов" (г. Уфа, 1939 г.);

• 5. У Всссотаггм ссгшп.ра "Струяурпиб аспекты локализации асформпц;:'!" (г. Юрмала, 1С91 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем рдботч. Диссертация состоит из ьведенля, четырех глав, нгводсв, библиографии из 109 наименований; иэлоэтенп яа 90 сгрсницах иешиюшеного тенета, содержит 25 рясупяоз :: Р. гсблици.

л

ОШОШСЕ СОДЕПЩЕ РАБОТЫ

Во ввпдени!-! обоснована актуальность гзкк, степякь ее раэра-5отакности, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая ценность, положения заносимые на зоциту.

. В поркой (обзогиой) ?-тпвз проведен анализ закономерностей зерногршп'чной диффузии па осиово модели Зияера. Отиечается, что в процессе диффузионного отжига с течение« времени ( £ ) или с говшеннеы температурн лпбая система проходят пять стадий (ретшпз)

диффузии (С, В]-, Во, Вд, В^), последовательная сиена которых для неподвщаых ГЗ определяется асимптотическго-ш' параметрам Я- = ^/¡^Т и V = В/Г®^/®^ ( - диффузионная тирана границы, 2)у и - коэффициенты объемной и зернограничной диффузии примеси, соответственно).

Учет физических особенностей протекания диффузионного процесса в различных режимах приводит к представлениям о наличии осмотического давления ( /рцм ), возникающего при граничной диффузии примеси. Величина /р^х зависит от разности концентраций примеси в ГЗ и объеме и достигает своего максимума в диффузионном режиме Вр Для мигрирующих ГЗ таете ютно ввести понятие ремша диффузии, если анализировать распределение пркмеси мзиду границей и оо'ъеыом зерна пзред фронтоы 1,а!грации. Прц атом максимум величины будет достигаться в диффузионном режиме "типа

. Рассмотрены явления инициируемых диффузией зернограничного проскальзывания (ИДЗГП), миграции гранщ (1ДМГ) к рекристаллизации (ВДР). Отмечается, что все перечисленные явления характеризуются наличием зерногр&ничных диффузионных потоков примеси из внешней среды.-При этом происходит существенное изменение структуры и механических свойств металла-основы. В случае массивных образцов такие изменения прежде всего развиваются в поверхностных слоях (ПС и, по-видимому, в отом случае рассматриваемый материал будет представлять собой слоистый композит, состоящий из модифицированного ПС и матрицы (мералла-осуовы не охваченного диффузионными потокам;] примеси). *

Перечисленные вьше явления (ЭДЗГП, ДЦМГ, ВДР) имеют место только в диффузионном режиме В| или "типа Вг". На этом основании развиваются представления о единой физической природе указанных явлений, заключающейся в неравновесном (активированном) состоянии ГЗ, находящихся под воздействием диффузионных потоков примеси. "

Отмеч&егся, что диффузионные процессы играют ваашую роль при сверхпластической деформации (СПД). При этом, если считать наиболее бистро диффундирукщий элемент примесью, границы зерен таюке находятся в диффузионном режиме "типа Рассмотрены феноменология структурной сверхпластичности (ССГ1) и модели СГД.

Во второй главе- на основании анализа литературных данных формулируйся и обосновываются задачи исследования, в соответствш с которыми проведен выбор материалов и методик эксперимента. В работе поставлены следующие основные задачи: I. Исследовать оволюцию микроструктуры при ползучести и отжи-

з молибдена б условиях активации границ зерен диффузионными пото- ' 1ми никеля из внешнего источника.

2. Проанализировать возможность реализации сверхпластичного эстояния при ползучеети молибдена в выше указанных условиях, а акже зависимость показателя скоростной чувствительности напряяе-:м точения от реяима диффузии.

3. Провести поиск методов инженерного расчета сопротивления элзучестн молибдена с модифицированным (упрочненным или разупроч-енньм) поверхностным слоем.,

Исследования проведены на молибдене технической чистоты (мар-ц "МЧ") и сплаве Же? - о,ъ%/// , в рекристаллизованном размер зерна 15-20 мкм) и субструктурно упрочненном состоянии, качестве источника атомов примеси использовали никелевую пленку, саждаемуга на молибден электролитически.

Изучение эволюции структуры при отжигах и ползучести проводи-и методами металлографии (на микроскопах ММР-4 и Ш1-4) и просве-' ивакщей электронной микроскопии (на микроскопах Э!1В-100Л ЭООЕХ). Химический состав ГЗ молибдена определяли с использовши-м оие-микрозовда .

Механические испытания на ползучесть проводили в вакууме

Па при 1373 К на машине ПВ-3012М. По результатам испытаний ■ троили в логарифмических координатах зависимость скорости устано-ившейоя ползучести ( £ ) от приложенного напряжения ( ). По-азатель скоростной чувствительности напряжения течения определяли ак тангенс угла наклона кривых £

В третьей главе "Закономерности эволюции структуры молибдена ри отжиге и ползучести в условиях активации внутренних поверхнос-ей раздела диффузионными потоками никеля" изложены результаты ис-ледования эволюции структуры молибдена в процессе откига в раз-кчных режимах диффузии, а такие при ползучести в вакуума и в ус-овлях диффузионного контакта с никелем.

В первой части главы представлены результаты исследований ависииости структурных изменений в приграничных областях молибде-' а при отжиге в условиях диффузионного контакта с нниелзм от ре-има зернограшчкоП диффузии. Было показию, что после отжига екрисгаллнзованного'сплава - 0,5^ /// в диффузионном

епиме С (1373 К, 10 мин) каких-либо суцественшх изменений з труктуре по сравнению с исходной не происходит. В то не время при тяиге в режиме (1373 К, 4 ч) отмечается появление дислокаций п ормирование дислокационных стенок в приграничных областях.

Необходимо отметить, что появление дислокаций иаблвдается, как правило, либо у тройных стыков, либо на изгибах ГЗ, где следует омидать наибольшей концентрации возникающих при диффузии никеля напряжений. Доля границ зерен, вблизи которых набдодается формирование дислокационных структур при отжиге в режиме В^, может дос тигать 50-70% от общего числа границ,

Естественно ояидать, что зароя?денис дислокаций и формирован™ дислокационных структур пр:1 наличии нестационарных диффузионных потоков примеси будет наблюдаться в первую очередь на ГЗ общего типа вследствие повышенной диффузионной проницаемости последних по сравнению'С ГЗ специального типа. Исследования, проведенные в нашей работе, не противоречат этому утверждению.

Определение типа границ зерен проводили с использованием метода сходящегося пучка, позволяющего определять раэориентировку зерен с точность» 0,2°. Принадлежность границ зерен к специальному или общему типу определяли по критерию Брендона: ¿3 $ - ¿5*2. ^ Все исследованные в настоящей работе ГЗ, вблизи которых наблюдались дислокационные структуры, были общего типа.

Таким образом установлено, что образование дислокационных структур в приграничных областях при отжиге молибдена в увловиях наличия нестационарных диффузионных потоков никеля по ГЗ происходит в режиме В^ преимущественно на границах обцего типа. Предполагается, что указанный процесс является следствием релаксации напряяеяий, связанных с осмотическим давлением, возш-шакцим при граничной диффузии.

Ео второй частя глзвы приведены результаты олектронномикрос-копических исследований эвелзеции субструктури молибдена при ползу' чести в вакууме и в условиях наличия зеркограничккх диффузионных ¿потоков никеля. Изучали сплав ¡/^р -0,5%/^ в субструктурно' упрочнянчоы состоянии исходный и после ползучести при ¿р^ = 255 1 Я' =р 1373 К. По результатам ¡¡сследозаний строили фушеции распределения субзереи по взалыныи разорп'ектироикам и размерам в поверхностном слое ( А ~ 10 ыкм) и объеме ( // 300 мкм) материала.

При -ползучести молибдена в вакууме наблюдаются незначитедъ-1ШО изменения в субструктуре, происходит небольшой рост субзерги и их взаимных разорлентирозок (рис. I а,б, сравнение кригък I и 3 :Эволюция субструктури при ползучести в условиях полот;;, диффузионных потоков никеля по ГЗ ккеет суцсствснныс особенности. Увеличение размера субзерсн в этом случае гшеяз ¡^значительно (рн< I б, кризис I и '2), одк.-'ко происходя? 'существенное увеличенп-з их

0, ipa$

d.MKM

Частотная функция распределения субзерен в поверхност-л) по величина угла полных разориентировок ;

! I - Для Исходного состояния, 2 - после • . 7СЛ0ЕИЯХ диффузии никеля с поверхности, 3 - в вакууме.

лзсг 'лфовок, появляются раэориентироски с углами

и I а, кривая 2), что приводит к превршцетго .тлоид* границы зерен и появлении новых текетур-./■..т.х.тако увеличивают своя раз ориентировку в : ."."Ч/'ЧОА структуре располагается, как правило, к: границ зерен.

Рис, пен скос Ö) по рз ползучее

взаимных tvjcf; •• & ?

субгратиц п 5с -ic« поклеив:;? * субз-зрш, ччтерч вб.тпзп :

Кок следовало ожидать, все особенности эволюции субструктуры, обуслоплечт» риффуочей примзеи с поверхности, в наибольшей степе-!"Ü проявляется п поверг: юстгзлх слоях,

Тлглм образом, при ползучести субструктурно-упрочнешюго молибдена s условиях наличия-диффузионных потоков никеля по ГЗ, вблизи последних наблюдается значительное увеличение ззиглмх раз-ориеитиросок субзерея, приводящее к фор:лированип в зтих областях ультракелкозершетой структуры, подобной структуре сзерхпластич-I2JX катерналов. Зтот процзсс, по-видимочу, является аккомодационным, в ходе ки,'орого релакенрупт напряжения зозгжагщие пт развитии зеркограт чгого прсскал5зыгания (ЗГП).

В четвертой главе "Влияние модификации структуры и свойств тонких поверхностных слоез на высокотемлературнуо ползучесть молибдена" изложены и обсуядеин результаты исследования возможности перехода поликристаллических металлов о сверхпластичное состояние в условиях активного воздействия внешней среды на внутренние поверхности раздела, а такие обоснована правомерность применения пряжила смеси для проведения инженерных расчетов механических свойств материалов с упрочненными или разупрочненными поверхностными слоями.

Б первой части главы представлены исследования влияния зерно-граничных диффузионных -потоков никеля на ползучесть рэкристаллизо-санного и субструктурно упрочненного молибдена в широком интервале скоростей деформации. * .

Показано, что при ползучести в вакууме зависимость для рекристаллизованного и субструктурно упрочненного молибдена имеет классический линейный вид с показателем скоростной чувствительности /г1 » 0,11 и /?г= 0,03, соответственно, При ползучести молибдена 'в условиях .диффузионного контакта с никелем зависимость ё > как для рекристаллизованного, так и для субструктурно, упрочненного, имеет сигмоидальный вид характерный для деформации в условиях сверхпластичности. При этом показатель скоростной чувствительности достигает Величины ^ 0,6*0,7, существенно (почти на порядок) увеличивается пластичность и наибольший вклад в пластическую деформацию вносит ЗГП (рис. 2). Таким

Рис. 2. Скоростная зависимость: а - напряжения течения (I -, 2

(в скобках указана при-^«К месь-диффузанг)) и по-рд казателя скоростной чувствительности М (360 ); б - скоро-эд сти миграции ГЗ 1/

(I - й вкяа-

т, да зернограничного про-0Р скаяьзывшшя в обвдгю ' деформацию р> (2 -0,5 у%е{У>) ); в - урине-з ния до разрыва <Г(I -

Ц3 » 2 - ¿4?р(/0) )

С,/ при ползучести колибде--I на.

образом, при диффузии никеля по внутренним поверхностям раздела наблюдается качественное изменение механических свойств молибдена.

Отмечается, что_ особенностью полученной сигмоидальной зависимости ^ £ является ее волнообразный характер. От-

зтливо наблюдается соответствие максимумов на кривых /77 и

¿Г[¿) (рис. 2). Зависимость скорости миграции границ (/ г скорости деформации также носит немонотонный характер (рис, 26), ричеч максимумам показателя /П соответствуют минимумы скорости игрэцки.

На основании того, что скорость миграции ГЗ, при заданных яффузионных параметрах, определяет режим зернограничной диффузии, также учитывая зависимость вклада ЗГП в обиую деформацию от ре-{ма диффузии, в работе высказано предположение о взаимосвязи ■ эличины показателя скоростной чувствительности и режима оерногра-■1ЧНОЙ диффузии примеси. Отмечаемся, что для ответа на этот зопрос зобходимо знать значение коэффициента объемной диффузии «еля в молибдене в рассматриваемых условиях. Однако- в литерату-з таких данных нет.

Во второй части главы представлены исследования, позволяющие 1ределить режим диффузии примеси в мигрирующих ГЗ, г таете обсуя-ются физические причины реализации сверхпластичного состояния эи ползучести молибдена в условиях диффузионного контакта с никем.

В работе показано, что для определения режима диффузии в быс-зо мигрирующей границе (выполняется условие уЗ , где •

/3 - диффузионная ширина границы) достаточно измерить концент-щию никеля в ГЗ ( ) и сравнить ее с эталонной. Эталонные тения для того или иного режима могут быть измерены

юле диффузионного отжига без нагрузки, когда ГЗ практически недвижны и реним диффузии можно рассчитать теоретически.

Концентрацию никеля по ГЗ молибдена определяли методом оже-юктрального анализа. Излом исследуемых образцов проводили непо-зедственно в камере огхе-чшкрозонда. Разрушение при атом, происхо-1Т исключительно по ГЗ. На рис. 3 показаны концентрационные криле для никеля в зависимости от расстояния до поверхности после жиГй' в режиме С (1373 ¡С, 10 мин, рис. 3, кривая I) и после от,ий- . I в режиме (1373 К, I я 4 ч, рис. 3, кривые 2, 3, соответствеи->). Для определения режима диффузии в мигрирующих границах прово--¡ли измерение в них после ползучести молибдена в условиях

гффуЗионного контакта.с никелем с высоким ( Лг 0,4) и малый /г? «ь 0,2) показателем скоростной чувствительности. Как видно ! рис. 3 кривая 4 (ползучесть с показателем /П «а 0,2) кахо-!тся в хорошем соответствии с кривей I (реяии С). Аналогично, мвая -5 (ползучесть с показателем /У? 0,4) близка к кривой 2

(режим Bj).

Таким образом показано, что величина показателя скоростной чувствительности изменяется в соответствии с режимом зерногра-ничной диффузии. На основании проведенных экспериментов делается вывод о том, что физической О 20 ¿¡Q 60 ¿0 Х^КМ причиной достижения состояния

сверхпластичности при ползучести

расстояния до поверхности образ- диффузионными потоками никеля яв-

Sige'lM ЖнКТшТ реализация на мигрируй

I ч и 4 ч (кривые I, 2, 3, соо- границах нестационарного решма

диффузии "типа Bj-". •

Б третьей части главы прово-

вые построены по методу наикень- обоснование' применения пра-

ших квадратов. 1 1

вила смеси для проведения инженерных расчетов сопротивления ползучести молибдена с модифицирован!;ъ поверхностным слоем, анализируются водкозшыз причины немонотонности сигиоидальной кривой ^ £ * для молибдена с ГЗ, активированными потоками никеля, и влиянко упрочнения -тонкого ПС на высокотемпературную ползучесть молибдена.

Отмечается, что материал с модифицированным поверхностны» слоем можно рассматривать как слоистый композит. В этом случае ДЛ! расчета механических свойств, по-видкмсж/у» моино применять правил« смеси. Для проверки этого прздположетш проводили испытания на ползучесть образцов различного сечендя. Как видно из рис, 4 изменение ширины базы образцов ог 3 до. 1,3 мм, при ползучести молибдена в условиях диффузионного контакта с никелем, приводит к смещению кривой ¿аР'-фС в сторону более высоких скоростей деформации. В работе было показано, что этот эффект является следствием изменения объемных долей разуг.рочненного слоя и матрицы при изменении сечения образцов. С использованием правила смеси были рассчитаны эффективная толщина ПС {¿С ) и напряжения, действующие -в этом слое ( Ирис. 4 б,в). Из рис. 4 б видно, что волнооб-

разные зависимости У{ё) и находятся в противофаз!

• •Качественно зтс можно объяснить тег,!, что напряжения растянолля (или сжатия), также как для движения- фронте активированной рекрис таллизации (как известно), затрудняют миграции ГJ молибдена при

ползучести в условиях диффузионного контакта с никелем.

Рис. 4. Скоростная зависимость: а - напряжения течения (у' для образцов с сечениями

3x0,6 ммг (кривая I), 1,3x0,6 км2 (кривая 2), 0,Вбх0,б мм*" (кривая 4) и с сечением

3x0,6 мм"* (кривая 3); б - действующего напряжения в разупроч-нечнзм слое ^ (кривая I) и скорости миграции ГЗ (кривая 2); в - толщины разупрочнен-ного слоя ¿С при ползучести.

Правомерность применения модели композита в рассматриваемых условиях подтверждается тп.чже том, что если провести сравнение эпспорз!лзитпл1.шос дзичих то глубпно проникновения никеля, пэлучеи-irjy. при покори сяе-шалига я элективной толщины разупрочкспного :лол, рассчитанной с использованием правила смеси, то получим хорошее соответствие указанных величин. Кок показали провэдсгпше исследования, глубина проникновения никеля ( ) при =73,5 и 78,4 КПа составляет 70 ч 130 мки, а расчэт1гь;е дошнз - 50 и 120 Hi::.!, соответственно. Разность, по-спдямому, молно объяснить тем, что кз код ели ксшозита рассчитывается эЗ&фекгиБкоя гащгшя.

Испольгуя рзсчетгое значения я с кспо пьэованизм

экспериментальных данных, модно решить обратную задачу и рассчитать зисмтое напряжения для образцов с другим сечением. Такой расчет был сделан для образцов сечением 0,86x0,6 мм". Полученная кривая вполне удоилзт ворот олыю соответствует экспоржеита-шплл точкам (рис. 4 а , кривая 4).

В работе также обоснована возможность применения правила смеси для количественного определения сопротивления ползучести образцов молибдена с упрочненным ПС. В материалах, содержащих активные окислообразуздие элементы, такие слои могут образовываться как в процессе выаокогомпвратурнюс испытаний, тел и в процессе полиго- ' иизуюцих пли рекристаллизациснных отгтагов. Так при испытании па

ползучесть сплава в вакууме Ю-^ Па при Т =

1373 К скорость ползучести может уменьшаться на несколько порядков и, соответственно, увеличиваться вреда до разрушения при наличии в рабочей камере повышенного парциального давления кислорода. В процессе предварительных высокотемпературных отжигов сплава

(вакуум Ю-2 Па, Т = 1373 К, 2 ч) также обрглуется упрочненный поверхностный слой толщиной 30-15 мкм. Вследствие наличия такого слоя наблюдается уменьшение скорости ползучести и увеличение времени до разрушения примерно в 2 раза по сравнению с образцами, в которых такой слой был удален с помощью электролитической полировки.

Применение правила смеси позволяет предсказать, на сколько необходило уменьшить внешнее напряжение при уменьшении сечения образца с упрочненным ПС, чтобы скорость ползучести осталась неизменной. Кроме того, по-видимому, композиционным строением материала и, как следствие, особенностями механики взаимодействия в процессе пластического течения поверхностных слоев и объема материала, можно объяснить немонотонное изменение скорости ползучести, наблюдаемое при высокотемпературной деформации сплава

ВЫВОДЫ

1. Зернограничные диффузионные потоки примеси из внешнего источника инициируют процессы зарождения дислокаций и формирования дислокационных стенок у границ зерен. Данные процессы имеют место только в реташе нестационарной диффузии (режим В^ по общей классификации) и являются, по-видимому, следствием релаксации напряжений, связанных с осмотическим давлением возникающим при граничной диффузии.

2. На примере молибдена окспериментально показана возможность достижения состояния структурной сверхпластичности в металлических поликристаллах путем активации границ зерен диффузионными потоками принеси из внешнего источника. В указанных условиях пластическая деформация характеризуется всеми признаками структурной сверхпластичности: высоким показателем скоростной чувствительности (/^^О.З) существенным (примерно на порядок) повышением пластичности при значительном понижении сопротивления деформированию.

3. Обнаружена корреляция мелду-изменением величины показателя скоростной, чувствительности и изменением режима зернограничной

диффузии, зшшсяцсго от скорости миграции границ,

4. Физической причиной проявления структурной сверхпластич-носги при ползучести молибдена в условиях активации границ зерен диффузионными потоками атомов никеля является реализация на мигрирующих границах сохранящегося во времени режима диффузии, отвечающего максимальному различию в исследованных условиях концентрации примзси в границах и объеме зерен (перед фронтом миграции). Данный режим соответствует максимальной величина осмотического давления, релаксиругацего путем зарождения на границах дислокаций. Это стимулирует развитие зернограничного проскальзывания и, как следствие, проявление сверхпластичных свойств.

5. Экспериментально обоснована применимость модели слоистого композита и правила смеси для инженерного расчета сопротивления ползучести поликристаллов с модифицированными поверхностными слоями»

6. Дисперсное упрочнение тонких (10-15 мкм) поверхностных слоев молибдена приводит к существенному повышению сопротивления высокотемпературной ползучести и появлению немонотонного изменения скорости деформации при ползучести. Предполагается, что данные эффекты связаны с особенностями механики взаимодействия в процессе пластического течения поверхностных слоев и объема материала.

Основные результаты диссертации спубликовеяы в следующих работах:

1. Колобов Ю.Р., Почивалов D.H., Раточка И.В., Марвин В.В., Коротаев А.Д. Влияние эволюции субструктуры в приповерхностном слое на ползучесть молибдена при диффузии примеси с поверхности // Поверхность. Физика, химия, механика,- 1984.- № 9,- С. 100-105.

2. Колобов Ю.Р., Марвин В.В., Раточка И.В., Коротаев А.Д. Явление активации зернограничного проскальзывания диффузионными потоками по внутренним поверхностям раздела // Докл. АН СССР.-1985.- Т. 283, № 3.- С. 605-G08.

3. Колобов Ю.Р., Почивалов Ю.И., Коротаев А.Д., Раточка И.В, ' Исследование ползучести молибдена в условиях диффузионного контакта с никелем // Пластическая деформация и актуальные проблемы прочности сплавоз и порошковых материалов:'Тез. докл.- Поиск: Изд-во ТГУ, 1982.- С. 144. '

4. Раточка И.В., Колобов В.Р. Влияние упрочнения (разупрочяз-ния) приповерхностных слоев на ползучесть молибдена // Кинетика

и термодинамика пластической деформации: Тез.докл.- Барнаул: Изд-

во Алтайского политехи, ин-та,- 1983.- С. 33.

5. Колобов O.P., Марвии В.Б., Раточка И.В. Закономерности эволюции субструктуры в условиях, реализации эффектов стимулированных диффузией миграции границ и оернограшчного проскальзывания// Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб, научн. тр.-Ниев: Ин-т проблем материаловедения, 1989.- С. 171—161.

6. Баточка И.В., Марвин В.В., Колобов Ю.Р. Стимулированная диффузией никеля ползучесть молибдена в режиме "типа сверхплгетич-нойти" // U Всесоюзная конференция "Сверхпластичность металлов": Тез.докл.- Уфа, 1989.- С. 43.

7. Колобов Ю.Р., Раточка И.В. Стимулированная диффузией ползучесть молибдена в режиме кратковременной сверхпластичности // Физ.мёт. и металловед.- 1990,- 1г В.- С.1185-i9i.

8. Колобов Ю.Р., Раточка И.В., Адеев В.М., Иващвпко Ю.Н. Влияние состояния границ зерен на проявление сверхпластичкшс свойст! молибдена // Ред.журн, "Изв.вузов. Физика".- Томск, IS90.- 16 е.:

.ил,- Библиогр.: 19 назв.- Деп. в ВИНИТИ 17.08.90, £ 4680 - В90.

9. Раточка И.В., Колобов Ю.Р. Влияние разупрочнения повзрх-ностных слоев зернограничшми диффузионными потоками на ползучесть молибдена // Ред.яури. "Изв.вузов. Физика",- Томск, 1990.- 14 е.: ил.- Библиогр.: 12 назв.- Деп. в ВИНИТИ 12.06.90, & 3321-BS0.

10. Колобов D.P., Раточка И.В. Влияние кодификации поверхностных слоев на ползучесть молибдена // Проблемы прочности,- 1933.-I? 7.- С. 58-62.'