WEB-ресурс научно-практических конференций

ЗМІНА ПАРАМЕТРІВ СУБСТРУКТУРИ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ ПІСЛЯ ТЕРМОЦИКЛЮВАННЯ

А. І. Білюк , В.В. Широков, В. Й. Ходак, О.П. Чоботар, В. В. Стецюк, О. В. Похилько

Вінницький державний педагогічний університет

Термоциклічна обробка (ТЦО) дисперсійно-твердіючих сплавів (ДТС) в полі зовнішніх напружень (ПЗН) призводить до утворення різноманітних дефектів в тому числі дислокацій, їх відриву від стопорів різної потужності та перерозподілу в полігональні межі.

Для дослідження були вибрані алюмінієві сплави Al-4Zn, Al-4Cu, Al-6Zn-4Cu, Al-1Zn-4Cu. При виборі матеріалів враховували те, що в цих сплавах можна досягти зміцнення, як за рахунок створення субструктури , так і її стабілізації, шляхом виділення дисперсної фази. Домішки зменшуючи енергію дефекту упаковки, яка призводить до утруднення процесу створення полігональної структури, разом з цим підвищують термічну стабільність субструктурно-зміцнених матеріалів при умові, що в них уже створена розвинена сітка субмеж . В результаті розміщення домішок, їх комплексів і виділених фаз в стінках вони закріплюють субмежі і утруднюють їх міграцію при високотемпературному нагріванні, а також при повзучості.

Для дослідження структурного стану сплавів використовували методи механічної спектроскопії, металографічного аналізу і мікротвердості. Дослідження температурних і амплітудних залежностей механічної спектроскопії (МС) [1-5] підтвердили можливість використання цієї чутливої методики для прискореного визначення оптимальних параметрів субструктурного зміцнення за зміною характеристик МС від кількості ТЦО в ПЗН (рис. 1).

Рис. 1. Внутрішнє тертя сплаву Al - 4% Cu :

а) температурна залежність ВТ (15 ТЦО в ПЗН);

б) характер зміни субструктурних ефектів A(1), B(2), C(3) від кількості ТЦО в ПЗН;

в) зміна тангенса кута нахилу фону амплітудної залежності ВТ (1) і другої критичної амплітуди деформації (2) від кількості ТЦО в ПЗН;

г) зміна фону ВТ при 573К(1) і при 293К(2).

Характерним для субструктурного зміцнення є інтенсивне зростання щільності дислокацій, що блокуються домішками під час дисперсійного твердіння. При еквівалентних кількостях термоциклів щільність дислокацій в умовах ТЦО в ПЗН зростає в 1,2 рази інтенсивніше, а ніж при звичайному термоциклюванні . Про це свідчать результати вимірювання висот субструктурних ефектів А, В, С (рис.1). Це також підтверджується результатами вимірювання щільності дислокацій методом амплітудної залежності МС (рис.2 кр . 1, 2, 3) і методом металографічного аналізу .

Рис. 2. Зміна щільності дислокацій в сплавах Al-Cu і Al-Zn від кількості ТЦО в ПЗН: 1 (Al-4Cu) , 2 (Al-4%Cu-6Zn) , 3 (Al-4Cu-1%Zn) – щільність дислокацій, визначена із амплітудної залежності ВТ;

Розвиток дислокаційної структури в процесі термоциклювання супроводжується різким зменшенням довжини дислокаційних сегментів між точками закріплення на дислокаційних лініях ( L _c ) і між вузлами дислокаційної сітки ( L _n ). Такі дані одержані із результатів вимірювання амплітудної залежності ВТ із наступною їх обробкою згідно моделей Келера-Гранато-Люкке та Сварца-Віртмана [5,6] (рис. 3). Зменшення параметрів L _c і L _n після ТЦО в ПЗН свідчать про значне подрібнення дислокаційної сітки. Даний структурний стан металів характеризується високою енергоємністю та їх здібністю більш рівномірно розподіляти зовнішні напруження по всьому об’єму матеріалів чи технічних конструкцій із них, що, в поєднанні з підвищеним рівнем термічної стабільності заблокованих субмеж , призводить до різкого підвищення опору пластичній деформації при кімнатній і підвищеній температурах .

Рис. 3. Зміна геометричних параметрів дислокаційної структури L _c і L _n алюмінієвих сплавів від кількості ТЦО а) Al-4%Cu-1Zn; б) Al-4%Cu; в) Al-4Cu-6%Zn; г) Al-4%Zn

Таким чином вимірювання параметрів МС на різних етапах субструктурного зміцнення металів дозволяє виявити загальні зак??номірності формування, стабілізації і розпаду сіток полігональних меж, стан яких безпосередньо визначає рівень і стабільність високотемпературних властивостей.

Література:

1. Гордиенко Л.К. Субструктурное упрочнение металлов и сплавов . - М.: Наука, 1973. -224 с.

2. Зузяк П.М., Билюк А.И., Ходак В.И. Прогрессивные технологии формирования субструктуры в дисперсионно-твердеющих сплавах на основе алюминия . // Приложение к Всеукраинскому научно-техническому журналу « Вибрации в технике и технологиях » / Сборник трудов Международной научно-технической конференции « Приборостроение -97». -ч. 1. -1997. - С. 200-203.

3. Білюк А. І. Вплив термоциклювання під навантаженням на структурні зміни дисперсійно-твердіючих алюмінієвих сплавів // Металлофизика и новейшие технологии.-1997.-Т.19. -№6. -С. 78-80.

4. Білюк А. І., Зузяк П. М., Бунтар О.Г. Еволюція структури дисперсійно-твердіючих сплавів після термоциклювання під навантаженням. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. -1997. -№3. -С. 110-115.

5. Granato A.V. Lucke K. // J. Appl . Phys . – 1981. – V. 52. -№12. – P. 7136-7142.

6. Сварц Дж ., Виртман Дж . // Ультразвуковые методы исследования дислокаций . – М.: ИЛ, 1963, 58.