Главная Обратная связь

Дисциплины:






В НАНО-МІКРОКРИСТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛАХ



Як ми вже відмічали, явище ЗГВТ було описане ще китайським дослідником Ке Тен Суєм понад 60 років тому, однак, як зазначав Ке в одній зі своїх недавніх статей, до теперішнього часу не створено моделі, яка дозволяла б описувати усі спостережувані в дослідах закономірності. Задача опису явищ поглинання пружної енергії стає ще складнішою у новітніх матеріалах, характерні розміри кристалітів яких лежать в межах 10-6–10-9 м. Річ у тім, що межі розділу у таких матеріалах термодинамічно нестабільні. Їх нагрівання при дослідженні температурних спектрів приводитиме до стабілізації їх енергетичного стану, а отже до переміщення в просторі та часі. Все це буде проявлятись в спектрах ТЗВТ процесами гістерезисного типу і принципово відрізнятиметься від характеристик зернограничного ВТ в полікристалах із стабільними межами розділу.

У роботі [4] запропонована модель зернограничного внутрішнього тертя, що дозволяє описати температурну залежність ВТ і пояснити спостережувані в експериментах особливості ВТ в нано-мікрокристалічних матеріалах (НМК) матеріалах, зокрема в НМК металах, отриманих методами рівноканального кутового пресування.

Показано, що ЗГВТ в НМК матеріалах обумовлено розвитком процесу зернограничного проковзування (ЗГП). Як відомо, швидкість ЗГП визначається інтенсивністю власного ЗГП та інтенсивністю акомодації ЗГП в стиках зерен :

. (10.1)

У НМК матеріалах швидкість ЗГП, контрольована зернограничною дифузією, визначається виразом:

, (10.2)

де d – середній розмір зерна, δ – ширина границі зерна. σ – зовнішня зсувна напруга, k – постійна Больцмана, Db – коефіцієнт зернограничної дифузії, AD ~ 1 – постійна величина, f – частота коливань маятника, G – модуль зсуву, b – вектор Бюргерса, Ω – атомний об'єм.

Відповідно до запропонованої моделі ЗГВТ величина фону внутрішнього тертя пропорційна величині деформації , зумовленої ЗГП, і визначається виразом

, (10.3)

де δ – ширина границі зерна. Представивши зернограничну деформацію як (де f – частота коливань маятника), вираз для величини ВТ можна переписати у вигляді:

. (10.4)

Використовуючи вираз для у вигляді (10.2), отримаємо наступну формулу для величини фону ВТ в НМК матеріалах:

, (10.5)

де – частка границь зерен, здатних до ЗГ проковзування.
Для застосування моделі ЗГВТ до опису закономірностей ВТ в нано- і мікрокристалічних матеріалах необхідно врахувати специфічні властивості НМК матеріалів. Перш за все необхідно врахувати нерівноважність границі зерен НМК матеріалів [2] і взяти до уваги істотну нестабільність їх зеренної структури.

Вплив нерівноважності границі зерен. Нерівноважність границі зерен НМК матеріалів, відповідно до [2], обумовлена ​​наявністю в межах зерен додаткового вільного об'єму, пов'язаного з надмірною щільністю дислокацій, внесених до границі при формуванні структури цих матеріалів. Внесені в границі зерен дислокації змінюють вільний обсяг границь α, що призводить до зміни дифузійних властивостей границь зерен. Зокрема, енергія активації ЗГ дифузії в нерівноважних границях зерен з надмірним вільним об'ємом Δα визначається за формулою:



, (10.6)

де А і В – постійні величини, – енергія активації дифузії в розплаві, α*= 0,5. Відповідно до [2], величина пропорційна щільності внесених до границі зерен дефектів ~ WΣ. У міру відпалу при підвищеній температурі щільність внесених до границі зерен дефектів, внаслідок розвитку дифузійних процесів повернення, поступово убуває WΣ →0, відповідно знижується і →0. Це призводить до того, що у процесі відпалу (нагрівання) енергія активації ЗГ дифузії, що має при високих вихідних низькі значення , поступово підвищується, наближаючись до рівноважної величини . Точний опис кінетики повернення дефектів в границях зерен і відповідний опис змін є доволі складна самостійна задача. Тут важливо підкреслити, що при описі ЗГВТ в НМК матеріалах у виразі для швидкості ЗГ деформації слід використовувати не рівноважну величину Db, а величину

. (10.7)

Важливою особливістю поведінки НМК матеріалів є нестабільність їх структури зерна при нагріванні. При експериментальних дослідженнях зростання зерен в НМК матеріалах виявлені наступні основні особливості.

1) При ізотермічних відпалах при різних температурах протягом заданого часу t спостерігається істотна немонотонність поведінки залежності d(T) [2-4]. При температурах нижче деякої Т1, званої температурою рекристалізації, розмір зерен практично не змінюється. При температурах Т1 <Т <Т* спостерігається досить інтенсивний ріст зерен. При більш високих температурах Т>Т* зростання стає менш інтенсивним. У НМК металах спостерігається два основних механізма рекристалізації [2] – нормальний ріст зерен (збірна рекристалізація) і аномальне зростання зерен.

2) Значення температури рекристалізації в НМК металах виявляються порівняно низькими , що помітно нижче звичайних температур рекристалізації ~0,5Tm (Див. [2,4] в роботі [2])

3) Енергія активації росту зерен при Т1 <Т <Т * має аномально низькі значення [2], суттєво менші, ніж енергія активації рівноважної ЗГ дифузії. При підвищенні температури Т>Т* значення енергії активації росту наближаються до рівноважної величини .

Описані особливості росту зерен в НМК матеріалах, очевидно, будуть відбиватись на швидкості ЗГП, оскільки відповідно до (10.2) величина істотно залежить від розміру зерна. Для коректного опису ЗГ деформації в НМК матеріалах у виразі (10.2) замість d необхідно використовувати залежність d(t,Т), що враховує описані вище особливості росту зерен. З урахуванням цих особливостей НМК матеріалів для фону ВТ отримаємо вираз:

(10.8)

Як видно з отриманого виразу, температурна залежність Q-1(Т) в НМК матеріалах визначається температурною залежністю коефіцієнта дифузії по нерівноважних границях зерен і температурною залежністю росту діаметра зерен d(Т).

Таким чином, дослідження показали, що для широкого кола НМК матеріалів (чистих металів і промислових сплавів) спостерігаються загальні закономірності поведінки температурної залежності величини внутрішнього тертя і відносного подовження до руйнування при надпластичній деформації. Продемонстрована висока ефективність методу внутрішнього тертя для визначення температурних інтервалів процесів повернення і рекристалізації, визначення домінуючого мікромеханізму рекристалізації, оцінки енергії активації зернограничной дифузії і визначення оптимальних температур надпластичної деформації. Запропонована елементарна модель зернограничного внутрішнього тертя є досить ефективною для опису закономірностей поведінки НМК матеріалів (рис.10.1)

Рис. 10.1 Температурна залежність внутрішнього тертя НМП і купно кристалічного нікелю НП1 (частота 7 Гц). (Рисунок запозичений з роботи [4])

 





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...