Разработка технологии горячей и теплой пластической деформации нанокристаллического бериллия, полученного гидридным методом

• Автор: Мишин, Василий Викторович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Глава 1. Проблемы пластической деформации бериллия
1.1. Основные свойства бериллия
1.2. Проблема хрупкости бериллия
1.2.1. Природа межатомных связей, обуславливающая хрупкость бериллия. Кристаллическая и электронная структура бериллия
1.2.2. Механизм разрушения бериллия
1.2.3. Меры борьбы с разрушением бериллия
1.2.3.1. Влияние сжимающих напряжений в схеме напряженного состояния при деформации на пластичность бериллия
1.2.4. Исследование пластичности бериллия
1.2.4.1. Влияние примесей на разрушение бериллия
1.2.4.2. Температурная зависимость механических свойств бериллия
1.2.4.3. Влияние размера зерна бериллия на его деформирование и механические свойства
1.3. Взаимосвязь технологии изготовления бериллия и проблем пластической деформации
1.3.1. Изготовление порошка и его компактирование
1.3.2. Горячее прессование бериллия
1.3.3. Влияние примесей алюминия и железа на механические свойства бериллия
1.3.4. Выдавливание. Изменение структуры и свойств при выдавливании
1.3.5. Горячая прокатка бериллия. Повышение пластичности бериллия при горячей прокатке за счет использования защитных чехлов (контейнеров)
1.3.6. Способы получения фольги из бериллия
1.4. Нанокристаллический бериллий, полученный гидридным методом
1.5. Выводы по главе
Глава 2. Материалы и оборудование для исследований
2.1. Исследуемые в работе сорта бериллия. Технологии их получения
2.2. Оборудование для прокатки и физического моделирования
2.3. Методы исследования структуры. Микроанализ
2.4. Исследование остаточного водорода в гидридном бериллии
Глава 3. Первые опытные прокатки нанокристаллического гидридного
бериллия в стальной оболочке
3.1. Проблемы и версии разрушения бериллия
3.2. Постановка задачи
3.3. Содержание водорода в гидридном бериллиии

Глава 4. Уплотнение высокопористого бериллия при осадке в деформируемой оболочке
4.1. Постановка задачи об осадке высокопористого бериллия методами математического моделирования
4.2. Решение задачи об осадке высокопористого гидридного бериллия в деформируемой оболочке
4.3. Выводы по главе
Глава 5. Исследование релаксационных и реологических свойств бериллия
5.1. Методика проведения испытаний на релаксацию бериллия
5.2. Исследование кинетики релаксации напряжений в нанокристаллическом гидридном бериллии
5.2.1. Испытания двойным нагружением с промежуточным охлаждением до комнатной температуры
5.2.2. Изотермические испытания двойным нагружением
5.3. Исследование кинетики релаксации напряжений в дистиллированном бериллии и бериллии технической чистоты
5.4. Исследование пластичности и накопленного упрочнения при
многократной деформации бериллия
5.5. Исследование теплой пластической деформации дистиллированного бериллия
5.6. Выводы по главе
Глава 6. Исследование горячей и теплой прокатки бериллия
6.1. Описание использованных программных продуктов
6.2. Постановка задачи о горячей прокатке бериллия в контейнере
6.3. Выбор и обоснование критерия для описания разрушения бериллия при прокатке
6.4. Прокатка бериллиевого диска, заключенного в контейнер из
мягкой стали
6.5. Прокатка разнотолщинных образцов бериллия
6.6. Теплая и холодная прокатка бериллия
6.7. Выводы по главе
Общие выводы
Литература
Приложение

Бериллий обладает уникальной пропускной способностью для рентгеновского излучения - как жесткого, так и мягкого, что, наряду с высокой прочностью, делает его незаменимым в рентгеновском и специальном приборостроении, в качестве окон датчиков и счетчиков излучения, где бериллий используется в виде фольги. Эффективность и точность измерений рентгеновского излучения зависит от толщины используемой фольги и чистоты бериллия. Таким образом, эти свойства фольги - основные показатели качества данного продукта.
Бериллий - химически активный материал и легко взаимодействует с кислородом, поэтому в структуре бериллия всегда присутствуют оксиды. Очень важной характеристикой материала является содержание металлических примесей, для удаления которых используют сложные методы очистки, такие как электролиз солей или дистилляция. И тем не менее, глубокая очистка бериллия от металлических примесей является сложной технической задачей.
В ОАО «ВНИИНМ» им. академика A.A. Бочвара разработан гидридный метод получения высокопористой бериллиевой губки, из которой горячим прессованием получают компактный бериллий с размером зерна 20-К30 нм, чистота которого значительно превосходит лучшие сорта американской фирмы Brush Wellman.
Основная сложность технологии изготовления фольги из бериллия - его хрупкость. Как было установлено ранее, хрупкость бериллия обусловлена несколькими причинами — анизотропией межатомных связей, склонностью к разрушению вдоль плоскостей базиса, особенностями механизма деформации и упрочнения ГПУ металлов с высоким модулем упругости, а также наличием недеформируемых частиц ВеО, не смачиваемых основным металлом.
Технологические сложности получения фольги из бериллия, связанные с его хрупкостью, обуславливают чрезвычайно высокие цены на бериллиевую фольгу. Например, стоимость фольги толщиной 8 мкм и чистотой 99,99 % достигает 50000 долларов США за 1 грамм. Таким образом, любое достижение в технологиях пластической деформации может существенным образом изменить соотношение сил на рынке наукоемких технологий и научных исследований, в которых используются рентгеновские методы. Следует отметить, что проблемы обработки и исследований бериллия усугубляются его токсичностью.
Возможно, что эффективным способом борьбы с проблемой хрупкости бериллия является повышение пластичности за счет создания нанокристалли-ческой структуры. Такой структурой обладает новый российский высокочис-

мелкозернистого металла высокой чистоты, обладающего высокой пластичностью [66].
Выдавливанием
нием из порошкового бериллия, пластичность, характеризующаяся величиной равномерного относительного удлинения составляет 15+20 % (рис. 1.29). В тоже время в прутках, полученных выдавливанием отлитого в вакууме бериллия, максимальная пластичность характеризуется удлинением 2+3 % [53].
При одинаковых
условиях выдавливания заготовок порошкового и отлитого в вакууме бериллия (температура выдавливания 1070 °С, величина обжатия 20:1, охлаждение после выдавливания на воздухе) свойства полученных прутков различаются. Размер зерна в прутках, полученных выдавливанием из порошкового бериллия, значительно меньше, чем в прутах, выдавленных из литого металла (рис. 1.30).
Рис. 1.30. Микроструктура бериллиевых прутков выдавленных при температуре 1070 °С с обжатием 20:1 и последующим охлаждением на воздухе; поляризованный свет; х 150: «-литой, в продольном направлении; б-литой, а поперечном направлении; в — порошковый, в продольном направлении; г - порошковый, в поперечном направлении
заготовок из предварительно уплотненных порошков получают такие изделия как пруток, трубу и сложный профиль.
В прутках, полученных в ыдавл ива-