ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ АТОМНОУПОРЯДОЧИВАЮЩИХСЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ Си-Ра И Си-Аи, ПОДВЕРГНУТЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩИМ ОТЖИГАМ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 2
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 4
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
Список литературы 20
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 4
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
Список литературы 20
Актуальность темы исследования и степень её разработанности.
Развитие транспортной, химической, энергетической индустрии, авиакосмической техники, судостроения диктует необходимость разработки и создания новых материалов, способных функционировать в разнообразных условиях. К данным материалам относятся атомноупорядоченные сплавы на основе благородных металлов, обладающих особыми свойствами, такими как высокая коррозионная стойкость, низкое электросопротивление, подходящие магнитные и оптические свойства. Вместе с тем, для их практического применения всё более востребованным становится комплексное сочетание необходимых эксплуатационных характеристик, обеспечивающих наряду с достаточными электрорезистивными и электроконтактными свойствами высокие прочность, пластичность, коррозионную стойкость. При этом, несомненно, важными остаются простота химического состава создаваемых или усовершенствуемых материалов, технологичность металлургического процесса и последующих производственных переделов на имеющемся оборудовании.
К числу основных современных методов повышения механических свойств металлических сплавов относятся способы, обеспечивающие наноструктурное упрочнение за счет формирования дислокационной субструктуры, распада пересыщенного твердого раствора с образованием высокодисперсных выделений, доменной субструктуры в атомноупорядочивающихся сплавах и, наконец, измельчения зеренной структуры поликристаллов вплоть до наноразмерного масштаба. Подчас эффективным является совмещение различных механизмов упрочнения в одном металлическом сплаве. Так, в ряде сплавов интенсивная мегапластическая деформация (МПД) может обеспечить образование ультрамел- козернистых структурных состояний с размером зерен-нанокристаллитов от 10 до 100 нм. Однако, если влияние МПД очень подробно изучается в течение последних 20-30 лет на самых разных металлических системах (чистых металлах, модельных и промышленных сплавах), то такие систематические исследования на атомноупорядочивающихся сплавах, особенно специального индустриального назначения, практически отсутствуют.
Целью данной диссертационной работы является установить основные закономерности структурных и фазовых превращений, структурно-морфологических особенностей и свойств атомноупорядочивающихся сплавов на медно-палладиевой и медно-золотой основах, подвергнутых мегапластической деформации и последующим отжигам.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Определить закономерности деформационно-индуцированных структурно-фазовых превращений при мегапластической деформации и особенности изменения электросопротивления и механических свойств атомноупорядочивающихся сплавов Си3Р<1, Си72Р<128, Си72Аи24Ад4 и золота 585 пробы при различных условиях деформирования.
2. Установить влияние различной температуры деформирования на структурные превращения, механизмы и кинетику упорядочения сплавов при последующих отжигах и их свойства.
3. Выяснить роль легирования железом и серебром в формировании структуры и свойств сплавов Си3Р<1 и Си3Аи, подвергнутых мегапла- стической деформации.
4. Выявить особенности высокоэнергетического лазерного воздействия на структуру и свойства сплава Си3 Р<1.
Научную новизну диссертационной работы определяют следующие научные результаты:
1. Впервые показано, что метапластическая деформация приводит к полному атомному разупорядочению и формированию высокопрочного уль- трамелкозернистото состояния в исходно атомноупорядоченных сплавах на основе систем Си — Р<1 и Си — Аи. Процессы атомного разупорядоче- ния и диспертирования происходят совместно.
2. Обнаружен эффект ускорения процесса атомного упорядочения при отжиге сплавов после предварительной метапластической деформации, обусловленный совместными механизмами первичной рекристаллизации и одновременного атомного упорядочения посредством деформационно-индуцированного гомогенного и особенно гетерогенного роста атомноупорядоченных кристаллитов-доменов. Установлено, что ме- гапластическая деформация и последующая термообработка при температурах ниже фазового перехода «порядок-беспорядок» позволяет получить высокопрочное ультрамелкозернистое и низкоэлектрорези- стивное атомноупорядоченное состояний.
3. Установлено, что мегапластическая деформация при криогенной температуре (Т = 77 К) приводит к более сильному, чем деформация на те же степени при комнатной температуре, упрочнению сплава Си3Рб и эффект большего упрочнения сохраняется при последующем низкотемпературном отжиге (особенно при 300 - 400 °С), ответственном за атомное упорядочение ультрамелкозернистого сплава.
4. Определены этапы последовательного развития мегапластической деформации, начиная с умеренных величин (е = 0,5) до сверхбольших (е = 7,3), ответственных за формирование субмикро- и нанокристалличе- ских состояний. Обнаружено два новых эффекта: температура фазового перехода «порядок-беспорядок» существенно возросла (от 465 до 535 °С) при отжиге сплава Си3Р Теоретическая и практическая значимость. Установленные в работе экспериментальные данные дополняют представления о физике процессов, протекающих при мегапластической деформации атомноупорядочивающихся сплавов. Разработанный деформационно-термический способ, сочетающий мегапластиче- скую деформацию волочением (или прокаткой при комнатной температуре) и отжиг, был апробирован для получения высокопрочного пластичного атомноупорядоченного сплава Си3Р<1. Достигнуты высокие прочностные (сто.2 в пределах 550 ^ 750 МПа; ив - 670 ^ 1000 МПа) и пластические (8 в пределах 5-11%) свойства проволок в атомноупорядоченном состоянии. Результаты, полученные при исследовании микроструктуры и свойств сплавов после мегапластической деформации и последующих отжигов, дают возможность рекомендовать их для практического использования с целью эффективного измельчения структуры, повышения прочностных и пластических характеристик атомноупорядоченных низкоомных электрорезистивных и электроконтактных сплавов.
Mетодология и методы исследования. Методология и основные подходы исследования заключались в необходимости получения высокопрочных, пластичных низкоомных атомноупорядоченных сплавов систем Си — Р<1 и Си — Аи за счет использования мегапластической деформации и отжига на атомное упорядочение. В качестве основных для решения поставленных задач были выбраны методы просвечивающей электронной микроскопии, растровой электронной микроскопии и рентгеновского фазового и структурного анализа, измерения электросопротивления, твердости и механических свойств на растяжение. Данные методы позволяют надежно идентифицировать фазовый и химический состав, тонкую структуру и морфологию исходной фазы, с высокой точностью определять тип и параметры кристаллической решетки, их изменения от температуры, а также получать сведения о электрических, прочностных и пластических свойствах сплавов...
Развитие транспортной, химической, энергетической индустрии, авиакосмической техники, судостроения диктует необходимость разработки и создания новых материалов, способных функционировать в разнообразных условиях. К данным материалам относятся атомноупорядоченные сплавы на основе благородных металлов, обладающих особыми свойствами, такими как высокая коррозионная стойкость, низкое электросопротивление, подходящие магнитные и оптические свойства. Вместе с тем, для их практического применения всё более востребованным становится комплексное сочетание необходимых эксплуатационных характеристик, обеспечивающих наряду с достаточными электрорезистивными и электроконтактными свойствами высокие прочность, пластичность, коррозионную стойкость. При этом, несомненно, важными остаются простота химического состава создаваемых или усовершенствуемых материалов, технологичность металлургического процесса и последующих производственных переделов на имеющемся оборудовании.
К числу основных современных методов повышения механических свойств металлических сплавов относятся способы, обеспечивающие наноструктурное упрочнение за счет формирования дислокационной субструктуры, распада пересыщенного твердого раствора с образованием высокодисперсных выделений, доменной субструктуры в атомноупорядочивающихся сплавах и, наконец, измельчения зеренной структуры поликристаллов вплоть до наноразмерного масштаба. Подчас эффективным является совмещение различных механизмов упрочнения в одном металлическом сплаве. Так, в ряде сплавов интенсивная мегапластическая деформация (МПД) может обеспечить образование ультрамел- козернистых структурных состояний с размером зерен-нанокристаллитов от 10 до 100 нм. Однако, если влияние МПД очень подробно изучается в течение последних 20-30 лет на самых разных металлических системах (чистых металлах, модельных и промышленных сплавах), то такие систематические исследования на атомноупорядочивающихся сплавах, особенно специального индустриального назначения, практически отсутствуют.
Целью данной диссертационной работы является установить основные закономерности структурных и фазовых превращений, структурно-морфологических особенностей и свойств атомноупорядочивающихся сплавов на медно-палладиевой и медно-золотой основах, подвергнутых мегапластической деформации и последующим отжигам.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Определить закономерности деформационно-индуцированных структурно-фазовых превращений при мегапластической деформации и особенности изменения электросопротивления и механических свойств атомноупорядочивающихся сплавов Си3Р<1, Си72Р<128, Си72Аи24Ад4 и золота 585 пробы при различных условиях деформирования.
2. Установить влияние различной температуры деформирования на структурные превращения, механизмы и кинетику упорядочения сплавов при последующих отжигах и их свойства.
3. Выяснить роль легирования железом и серебром в формировании структуры и свойств сплавов Си3Р<1 и Си3Аи, подвергнутых мегапла- стической деформации.
4. Выявить особенности высокоэнергетического лазерного воздействия на структуру и свойства сплава Си3 Р<1.
Научную новизну диссертационной работы определяют следующие научные результаты:
1. Впервые показано, что метапластическая деформация приводит к полному атомному разупорядочению и формированию высокопрочного уль- трамелкозернистото состояния в исходно атомноупорядоченных сплавах на основе систем Си — Р<1 и Си — Аи. Процессы атомного разупорядоче- ния и диспертирования происходят совместно.
2. Обнаружен эффект ускорения процесса атомного упорядочения при отжиге сплавов после предварительной метапластической деформации, обусловленный совместными механизмами первичной рекристаллизации и одновременного атомного упорядочения посредством деформационно-индуцированного гомогенного и особенно гетерогенного роста атомноупорядоченных кристаллитов-доменов. Установлено, что ме- гапластическая деформация и последующая термообработка при температурах ниже фазового перехода «порядок-беспорядок» позволяет получить высокопрочное ультрамелкозернистое и низкоэлектрорези- стивное атомноупорядоченное состояний.
3. Установлено, что мегапластическая деформация при криогенной температуре (Т = 77 К) приводит к более сильному, чем деформация на те же степени при комнатной температуре, упрочнению сплава Си3Рб и эффект большего упрочнения сохраняется при последующем низкотемпературном отжиге (особенно при 300 - 400 °С), ответственном за атомное упорядочение ультрамелкозернистого сплава.
4. Определены этапы последовательного развития мегапластической деформации, начиная с умеренных величин (е = 0,5) до сверхбольших (е = 7,3), ответственных за формирование субмикро- и нанокристалличе- ских состояний. Обнаружено два новых эффекта: температура фазового перехода «порядок-беспорядок» существенно возросла (от 465 до 535 °С) при отжиге сплава Си3Р Теоретическая и практическая значимость. Установленные в работе экспериментальные данные дополняют представления о физике процессов, протекающих при мегапластической деформации атомноупорядочивающихся сплавов. Разработанный деформационно-термический способ, сочетающий мегапластиче- скую деформацию волочением (или прокаткой при комнатной температуре) и отжиг, был апробирован для получения высокопрочного пластичного атомноупорядоченного сплава Си3Р<1. Достигнуты высокие прочностные (сто.2 в пределах 550 ^ 750 МПа; ив - 670 ^ 1000 МПа) и пластические (8 в пределах 5-11%) свойства проволок в атомноупорядоченном состоянии. Результаты, полученные при исследовании микроструктуры и свойств сплавов после мегапластической деформации и последующих отжигов, дают возможность рекомендовать их для практического использования с целью эффективного измельчения структуры, повышения прочностных и пластических характеристик атомноупорядоченных низкоомных электрорезистивных и электроконтактных сплавов.
Mетодология и методы исследования. Методология и основные подходы исследования заключались в необходимости получения высокопрочных, пластичных низкоомных атомноупорядоченных сплавов систем Си — Р<1 и Си — Аи за счет использования мегапластической деформации и отжига на атомное упорядочение. В качестве основных для решения поставленных задач были выбраны методы просвечивающей электронной микроскопии, растровой электронной микроскопии и рентгеновского фазового и структурного анализа, измерения электросопротивления, твердости и механических свойств на растяжение. Данные методы позволяют надежно идентифицировать фазовый и химический состав, тонкую структуру и морфологию исходной фазы, с высокой точностью определять тип и параметры кристаллической решетки, их изменения от температуры, а также получать сведения о электрических, прочностных и пластических свойствах сплавов...
1. Мегапластическая деформация приводит к полному атомному разу- порядочению и формированию высокопрочного ультрамелкозернистого состояния в исходно атомноупорядоченных сплавах на основе систем Си — РЛ и Си — Аи. Процессы атомного разупорядочения и наноструктуризации происходят совместно. Установлены этапы последовательного развития мегапластической деформации, начиная от умеренных степеней (е = 0,5) до сверхбольших (е = 7,3), формирующих субмикро- и нанокристаллическую ультрамелкозернистую структуру сплавов.
2. Обнаружен эффект ускорения процесса атомного упорядочения при отжиге сплавов после предварительной мегапластической деформации, при котором атомное упорядочение проходит совместно с рекристаллизацией при участии доминирующих механизмов гетерогенного и гомогенного зарождения и роста атомноупорядоченных кристаллитов- доменов. Температура фазового перехода «порядок-беспорядок» сплава СизРЛ в исходном ультрамелкозернистом состоянии существенно возросла (от 465 до 535 оС).
3. В сплавах после мегапластической деформации на основе золота, модельном Си72Аи24Ад4 и 585 пробы, способных испытывать распад с дисперсионным твердением, последующий отжиг на атомное упорядочение обеспечивает ультрамелкозернистую структуру в условиях реализации эффекта барьерного торможения роста зерен нанодисперс- ными частицами, обогащенными серебром.
4. Установлено, что использование мегапластической деформации сплава Си3Рб при криогенных температурах (Т = 77 К) приводит к более сильному упрочнению, чем мегапластическая деформация на те же степени при комнатной температуре. Эффект большего упрочнения сохраняется при низкотемпературном отжиге (особенно при 300-400 °С), ответственном за атомное упорядочение ультрамелкозернистого сплава.
5. Разработанный деформационно-термический способ, сочетающий мега- пластическую деформацию волочением (или прокаткой при комнатной температуре) и отжиг, был апробирован для получения высокопрочного пластичного атомноупорядоченного сплава Си3Р<1. Достигнуты высокие прочностные (сто.2 в пределах 550 ^ 750 МПа; ств - 670 ^ 1000 МПа) и пластические (6 в пределах 5-11%) свойства проволоки в атомноупорядоченном состоянии. Данный способ, как и криодеформа- ционно-термический способ, при определенных оптимальных условиях может быть эффективно использован для получения высокопрочных наноструктурных низкорезистивных и электроконтактных ультрамелко- зернистых материалов систем Си — Р<1 и Си — Аи.
6. Установлены особенности структурно-фазового состояния сплава Си3Р<1, при разных видах локального лазерного воздействия (термообработка, сварка, резка), обеспечивающих равномерность распределения микротвердости в зоне сварных соединений, гарантируя тем самым их надежность и долговечность.
2. Обнаружен эффект ускорения процесса атомного упорядочения при отжиге сплавов после предварительной мегапластической деформации, при котором атомное упорядочение проходит совместно с рекристаллизацией при участии доминирующих механизмов гетерогенного и гомогенного зарождения и роста атомноупорядоченных кристаллитов- доменов. Температура фазового перехода «порядок-беспорядок» сплава СизРЛ в исходном ультрамелкозернистом состоянии существенно возросла (от 465 до 535 оС).
3. В сплавах после мегапластической деформации на основе золота, модельном Си72Аи24Ад4 и 585 пробы, способных испытывать распад с дисперсионным твердением, последующий отжиг на атомное упорядочение обеспечивает ультрамелкозернистую структуру в условиях реализации эффекта барьерного торможения роста зерен нанодисперс- ными частицами, обогащенными серебром.
4. Установлено, что использование мегапластической деформации сплава Си3Рб при криогенных температурах (Т = 77 К) приводит к более сильному упрочнению, чем мегапластическая деформация на те же степени при комнатной температуре. Эффект большего упрочнения сохраняется при низкотемпературном отжиге (особенно при 300-400 °С), ответственном за атомное упорядочение ультрамелкозернистого сплава.
5. Разработанный деформационно-термический способ, сочетающий мега- пластическую деформацию волочением (или прокаткой при комнатной температуре) и отжиг, был апробирован для получения высокопрочного пластичного атомноупорядоченного сплава Си3Р<1. Достигнуты высокие прочностные (сто.2 в пределах 550 ^ 750 МПа; ств - 670 ^ 1000 МПа) и пластические (6 в пределах 5-11%) свойства проволоки в атомноупорядоченном состоянии. Данный способ, как и криодеформа- ционно-термический способ, при определенных оптимальных условиях может быть эффективно использован для получения высокопрочных наноструктурных низкорезистивных и электроконтактных ультрамелко- зернистых материалов систем Си — Р<1 и Си — Аи.
6. Установлены особенности структурно-фазового состояния сплава Си3Р<1, при разных видах локального лазерного воздействия (термообработка, сварка, резка), обеспечивающих равномерность распределения микротвердости в зоне сварных соединений, гарантируя тем самым их надежность и долговечность.
ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ АТОМНОУПОРЯДОЧИВАЮЩИХСЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ Си-Ра И Си-Аи, ПОДВЕРГНУТЫХ
ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩИМ ОТЖИГАМ
