Исследование и разработка металлургических основ получения нового класса высокопрочных высокоэлектропроводных микрокомпозиционных материалов

• Автор: Панцырный, Виктор Иванович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 249 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
1. Анализ основных требований к высокопрочным, высокоэлектронроводным материалам и разработка подходов к их конструированию и технологическим схемам получения
1.1 Требования к материалам, используемым в обмотках высокопольных импульсных магнитов и в качестве упрочняющих элементов композиционных сверхпроводников.

1.2 Прочность и электропроводность композиционных материалов

1.2.1 Механические свойства компонеГТОв композиционных материалов

1.2.2 Механические свойства композиционных материалов.

1.2.3 Механические, физические и структурные свойства микрокомпозициониых материалов

1.2.4 Электропроводность композиционных материалов

1.3 Выводы.
2 Исследование механизма достижения аномально высоких прочностных свойств микрокомпозициониых проводов и разработка промышленной технологии их получения.
2.1 Выбор состава сплава системы для i i микрокомпозитов
2.1.1 Построение модели структуры микрокомпозициониых проводов
2.2 Выбор и подготовка исходных материалов
2.3 Выбор метода плавки и литья исходных слитков
2.4Исследование структуры литого состояния сплавов .
2.5 Получение и исследование модельных проводников .
2.5.1 Исследование влияния деформации на прочностные свойства модельных
i i микрокомпозиционных проводников.
2.5.2. Влияние легирования на структуру и свойства модельных
микрокомпозиционных проводников
2.5.3 Влияние термообработки на свойства микрокомпозитов.
2.6 Разработка конструкций и технологии получения длинномерных i i
Си микрокомпозиционных проводов укрупненного сечения
2.7 Исследование электрофизических и структурных свойств разработанных микрокомпозиционных проводов
2.7.1 Исследование особенностей микроструктуры, определяющих электропроводность разработанных микрокомпозитов
2.7.2 Электронномикроскопические исследования структуры разработанных микрокомпозиционных проводов
2.8 Анализ исследований технических i i микрокомпозиционных
проводов, выпущенных по разработанной технологии
2.9 Выводы
3 Исследование и разработка технологии получения
микрокомпозиционных проводов с непрерывными волокнами
3.1 Исследование и разработка основ технологии получения микрокомпозиционных проводников с непрерывными волокнами
3.2 Оптимизация конструкций и технологии получения микрокомпозиционных проводников с числом непрерывных волокон
до 0 млн.
3.3 Сопоставительный анализ микрокомпозиционных проводов, полученных методами сборки и деформации и плавки и деформации
3.4 Выводы.
4. Разработка технологии получения макрокомпозиционных проводников с повышенными прочностными и электропроводящими свойствами
4.1 Выбор сталей, перспективных для использования в макрокомпозиционных
проводах медьсталь
4.2 Разработка основ технологического процесса изготовления макрокомпозиционного провода Систаль
4.3 Исследование и разработка процесса изготовления технических макрокомпозиционных проводов Систаль ХНТ
4.4 Исследование особенностей применения сталей ХН6 и ОЗХНМЗ в макрокомпозиционных проводах Систаль
4.5 Выпуск опытных партий макрокомпозиционных проводов типа Систаль по разработанной технологии.
4.6 Выводы.
5. Разработка технологии получения упрочненных многоволоконных сверхпроводников на основе 1ЧЬп, содержащих Си1ЧЬ микрокомпозициониый материал
5.1 Конструкции низкотемпературных композиционных сверхпроводников
5.2 Разработка процесса изготовления сверхпроводников с повышенной механической прочностью
5.3 Свойства технических МЬп сверхпроводников с повышенной механической
прочностью
5.4 Выводы
Заключение
Список использованной литературы


Для эффективного поиска путей повышения прочностных свойств композиционных материалов с металлической высокоэлектропроводной матрицей и металлическими волокнами необходима возможно более полная базовая информация о механических упругих и пластических свойствах компонентов и о закономерностях их изменения в процессе пластической деформации. Это позволит сделать обоснованный вывод об их технологичности и перспективности использования в разрабатываемых процессах промышленного производства нового класса материалов. Исторически проблема прочности материалов решалась на протяжении многих десятилетий с позиций таких дисциплин, как физика твердого тела, механика, металлургия, химия, материаловедение и др. Это связано с тем, что сама по себе проблема является комплексной и требует исследований закономерностей поведения материалов под напряжением на разных масштабных уровнях микро, мезо и макроуровнях и для разных условий нагружения . Реальная прочность материала ограничивается либо возникновением пластического течения, либо происходящим разрушением. Поэтому на практике стремятся достичь некоего компромиссного сочетания свойств, определяемого тем или иным применением материала. Для целенаправленного поиска средств к достижению такого оптимума следует кратко остановиться на основных положениях проблемы прочности. Ограниченность описания поведения металлов только в рамках механики деформируемого тела, которая основывается на идеях макрооднородности и изотропности материалов, обнаруживается тогда, когда в них реализуются поля напряжений с большими градиентами, а также когда абсолютные размеры деформируемых объемов становятся по масштабу сопоставимыми с размерами дефектов кристаллического строения металла . Становится понятным, что положения классической механики изотропного тела практически не работают при переходе к наномасштабному уровню дисперсности микроструктур материалов. Тем не менее, значительное количество технологических процессов, в результате которых получают нанокристаллические материалы, на начальных стадиях используют макрооднородные материалы, подчиняющиеся классическим закономерностям. Основным механизмом пластической деформации крупнокристаллического материала является сдвиговый механизм. Величина тангенциального напряжения, наблюдаемая в действующих плоскости и направлении скольжения, всегда достигает к началу скольжения строго определенной величины аа, зависящей от природы металла и степени совершенства кристаллической решетки, то есть величины критического скалывающего напряжения . Теоретическая величина критического скалывающего напряжения рассчитанная Я. В действительности, величина аа на порядка ниже, вследствие наличия в кристаллической решетке дислокаций. Ь вектор Бюргерса, а А ширина дислокации. Поскольку ширина дислокации величина того же порядка, что и вектор Бюргерса, то величина критического скалывающего напряжения составляет аа в 4 , что совпадает с экспериментальными данными. В результате пластической деформации возникает упрочнение, которое, как хорошо известно, объясняется главным образом процессами накопления дислокаций. Экспериментальные исследования и теоретические расчеты показывают, что когда упрочнение достигает насыщения, плотность дислокаций доходит до предельной величины порядка см2 . Общепризнанно , что одним из основных источников возникновения дислокаций при пластической деформации является источник ФранкаРида. Гг характеристическая длина источника ФранкаРида, имеющая порядок величины 0 нм. При этом величина порогового напряжения для инициирования действия источника ФранкаРида, например в объемной меди составит 0 МПа поскольку в ГПа, Ь 0, нм, 1Гг 0 нм. Таким образом, для создания высокопрочного материала необходимо создать в нем микроструктуру, которая либо вообще не содержит дислокаций, либо содержит большое количество эффективных препятствий для распространения движения дислокаций. Действительно, наиболее высокопрочные материалы, примеры которых приведены в таблице 1 , соответствуют одному из указанных выше критериев. Они имеют либо сверхмелкодисперсную структуру, как, например, перлитная сталь, в которой движение дислокаций эффективно блокировано, либо бездислокационную структуру, что наблюдается в так называемых усах или вискерах.