Эволюция структуры и механических свойств при отжиге микрокристаллических металлов, полученных методом равноканального углового прессования

• Автор: Нохрин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 112 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. Актуальность. Постановка задачи

Раздел I. Результаты экспериментальных исследований структуры и механических свойств

микрокристаллических металлов

Глава 1. Аномальный рост зерен микрокристаллических металлов, полученных методом равноканального углового прессования

1.1 Введение. Обзор литературы

1.2 Экспериментальные методики. Объекты исследования

1.3 Структура микрокристаллических металлов в состоянии

до и после равноканального углового прессования

1.4 Экспериментальные исследования процесса рекристаллизации в микрокристаллических металлах.
Аномальный рост зерен
1.5 Анализ экспериментальных результатов
1.6 Выводы по главе
Глава 2. Аномальное упрочнение при отжиге микрокристаллических металлов, полученных методом равноканального углового прессования
2.1 Введение. Обзор литературы
2.2 Экспериментальные методики. Объекты исследования
2.3 Механические свойства микрокристаллических металлов в состоянии до и после равноканального углового прессования
2.4 Экспериментальные исследования термической стабильности механических свойств микрокристаллических металлов
2.5 Обсуждение и анализ экспериментальных результатов
2.6 Выводы по главе
Раздел II. Результаты теоретических исследований эволюции структуры и свойств
микрокристаллических металлов
Глава 3. Температура начала рекристаллизации в
микрокристаллических металлах. Модель
3.1 Введение
3.2 Температура начала рекристаллизации в микрокристаллических металлах, полученных методами интенсивного пластического деформирования. Модель
3.3 Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными результатами
3.4 Выводы по главе

Глава 4. Модель аномального роста зерен в микрокристаллических металлах, полученных методами интенсивного пластического деформирования
4.1 Введение
4.2 Аномальный рост зерен. Модель
4.3 Сопоставление результатов численного моделирования с экспериментальными результатами
4.4 Выводы по главе
Глава 5. Модель аномального упрочнения при отжиге микрокристаллических металлов, полученных методами интенсивного пластического деформирования
5.1 Введение
5.2 Эффект аномального упрочнения при отжиге микрокристаллических металлов. Модель
5.3 Обсуждение и анализ результатов
5.4 Выводы по главе
Приложение I. Методика исследования зеренной структуры
микрокристаллических металлов методом атомно-силовой
микроскопии
Приложение II. Методика исследований механических свойств металлов и сплавов в области микропластической
деформации
Заключение. Выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время массивные микрокристаллические (МК) металлы и сплавы, представляющие собой поликристаллы со средним размером зерна менее 1 мкм [1-4], структура которых была приготовлена при помощи специальных методов интенсивного пластического деформирования (ИПД) [1, 5, 6], вызывают повышенный интерес у исследователей. Во многом этот интерес обусловлен особыми свойства этих материалов и аномалиями в их упругих [1, 7], демпфирующих [8-11], прочностных [12-15], диффузионных [17-19] и электрических [1, 4, 20] свойствах. В МК металлах и сплавах обнаружены такие уникальные эффекты как низкотемпературная [1, 7] и высокоскоростная сверхпластичность [21-24], дающие ключ к принципиально новым высокотехнологичным методам обработки материалов [1,25].
Указанные особые физико-механические свойства МК материалов обусловлены их необычной дефектной структурой - высокой плотностью дислокаций, а также большой протяженностью и сильной неравновесностью структуры границ зерен [26-28].
Одной из основных проблем, стоящих на пути широкого практического использования МК металлов является проблема низкой термической стабильности их зеренной структуры - процессы рекристаллизации в МК металлах начинаются при температурах 7) ~ 0.3 Тт (Тт - абсолютная температура плавления материала) [29-34], что 0.1 -=-0.2 Тт ниже, чем в обычных металлах [35-37]. Проблема описания термической стабильности этих материалов осложняется еще и тем обстоятельством, что в настоящее время в литературе отсутствует единая теоретическая картина процесса рекристаллизации в МК материалах [29-34]. Кроме того, необходимо отметить, что имеющиеся в литературе экспериментальные данные зачастую неполны и противоречивы, зачастую для одного и того же материала (например для МК меди М1, подвергнутой ИПД) приводятся разные данные не только относительно величины температуры начала рекристаллизации [1, 7, 29, 30] и энергии активации процесса роста зерен [29, 30], но даже и относительно самого механизма роста [29-34] - в некоторых случаях после одинаковой обработки наблюдается и аномальный [29, 30], и обычный рост зерен [31-34]. Весьма противоречивы данные и о процессах первичной рекристаллизации в МК металлах [29].
Существенное измельчение зеренной структуры, в соответствии с соотношением Холла-Петча ат = а0 + л/ 42, приводит к формированию высокопрочного состояния в металле. Вместе с тем, в МК материалах существует ряд эффектов, которые не удается объяснить в рамках традиционных моделей [38, 39]. Во-первых, это отклонение от соотношения Холла-Петча, в некоторых случаях выражающееся в непостоянстве параметра А [1], в других случаях - появление эффекта «обратного Холла-Петча», когда при достижении размером зерна <7 некоторого порогового с1тт

Процедура РКУ-прессования и методика исследования структуры образцов методом атомно-силовой микроскопии подробно описана в п. 1.2 Главы I.
Измерения микротвердости Нр проводились на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 50 г. Для определения макроскопического предела упругости (предела макроупругости) сг0 и предела текучести ат использовалась оригинальная методика микропластических испытаний [2.16]. Точность определения величин а0 и ат составляла ±10 МПа. Более подробное описание методики испытаний приведено в Приложении И.
Все испытания проводились при комнатной температуре.
2.3 Механические свойства микрокристаллических металлов в состоянии до и после равноканального углового прессования
В таблице 2.1 приведены значения предела макроупругости ст0, предела текучести ат и микротвердости Нц МК меди и никеля различной чистоты в состоянии до и после РКУ-прессования. Экспериментальные данные показывают, что РКУП приводит к формированию высокопрочного состояния и существенному повышению механических свойств металлов -предел текучести сгт увеличивается в 3-4-5 раз, предел макроупругости а0 в 1.5-ь2 раза и микротвердость Нц - в 2.5-4-3.5 раза.
Таблица 2.1. Механические свойства металлов в обычном
крупнокристаллическом состоянии и в состоянии после РКУ-прессования.
КК состояние после РКУП
0<)? МПа От? МПа МПа Оо? МПа От? МПа МПа
медь М1 20 60 400 120 350 1
медь М1 (вылеживание при комнатной температуре) 20 60 400 30 220
медь М1ф 30 70 400 70 420 1
никель НП-1 80 150 - 400