Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації

Завдяки позитивному впливу інтерметаліду Al₃Sc, який утворюється при легуванні скандієм сплавів алюмінію, на механічні властивості цих сплавів представляє значний інтерес вивчення механічної поведінки цього інтерметаліду в широкому температурному інтервалі. Інтерметалід Al₃Sc отримано за допомогою т...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Мільман, Ю.В., Голубенко, О.А., Гончарова, І.В., Єфімов, М.О., Куприн, В.В., Чугунова, С.І.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2012
Schriftenreihe:	Электронная микроскопия и прочность материалов
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63531
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації / Ю.В. Мільман, О.А. Голубенко, І.В. Гончарова, М.О. Єфімов, В.В. Куприн, С.І. Чугунова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 42-50. — Бібліогр.: 25 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-63531
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-635312014-06-04T15:24:42Z Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації Мільман, Ю.В. Голубенко, О.А. Гончарова, І.В. Єфімов, М.О. Куприн, В.В. Чугунова, С.І. Завдяки позитивному впливу інтерметаліду Al₃Sc, який утворюється при легуванні скандієм сплавів алюмінію, на механічні властивості цих сплавів представляє значний інтерес вивчення механічної поведінки цього інтерметаліду в широкому температурному інтервалі. Інтерметалід Al₃Sc отримано за допомогою технології швидкого охолодження з рідкого стану у вигляді пласкої пластини товщиною 1,85 мм. Для дослідження структури і механічних властивостей було задіяно рентгенофазовий аналіз, оптичну мікроскопію, сучасні методи індентування в інтервалі температур -196...615 оС. Показано, що температурна залежність твердості Al₃Sc має немонотонний характер. В інтервалі температур 450—550 оС виявляється максимум, який можна розглядати як результат утворення “сидячих” конфігурацій дислокацій, що є типовим для ряду інтерметалідів. Виконаний термоактиваційний аналіз процесу пластичної деформації з визначенням енергії активації руху дислокацій, активаційного об‘єму та параметрів деформаційного зміцнення показав, що механізм деформації інтерметаліду Al₃Sc є дислокаційним подібно до кристалів зі значною ковалентною складовою в міжатомному зв‘язку. Благодаря положительному влиянию интерметаллида Al₃Sc, который образуется при легировании скандием сплавов алюминия, на механические свойства этих сплавов представляет значительный интерес изучение механического поведения этого интерметаллида в широком температурном интервале. Интерметаллид Al₃Sc получен с использованием технологии быстрого охлаждения из жидкого состояния в виде плоской пластины толщиной 1,85 мм. Для исследования структуры и механических свойств были задействованы рентгенофазовый анализ, оптическая микроскопия, современные методы индентирования в интервале температур –196…615 оС. Показано, что температурная зависимость твердости Al₃Sc имеет немонотонный характер. В интервале температур 450—550 °С проявляется максимум, который можно рассматривать как результат образования “сидячих” конфигураций дислокаций, что является типичным для ряда интерметаллидов. Выполненный термоактивационный анализ процесса пластической деформации с определением энергии активации движения дислокаций, активационного объема и параметров деформационного упрочнения показал, что механизм деформации интерметаллида Al₃Sc является дислокационным, как и в кристаллах, со значительной ковалентной составляющей в межатомной связи. The study of the mechanical behavior of intermetallic compound Al₃Sc in a wide temperature range is of considerable interest due to the positive influence of the intermetallic Al₃Sc (which is formed with alloying by scandium of aluminum alloys) on the mechanical properties of these alloys. Intermetallic Al₃Sc was obtained by the technology of rapid solidification from the liquid state as a plate with thickness of 1,85 mm. X-ray analysis, optical microscopy, modern methods of indentation in the temperature range 615÷196 °C were used to study of the structure and mechanical properties. It is shown that the temperature dependence of hardness of Al₃Sc is nonmonotonic. In the temperature range 450—550 °C it is shown a maximum, which can be viewed as the result of formation of sessile configurations of dislocation, which is typical for a number of intermetallic compounds. The termoactivation analysis of the plastic deformation with the determination of the activation energy of dislocation motion, the activation volume and strain hardening was performed. It is shown that the intermetallic compound Al₃Sc deformation mechanism is dislocation like in the crystals with a significant covalent component of interatomic bonding. 2012 Article Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації / Ю.В. Мільман, О.А. Голубенко, І.В. Гончарова, М.О. Єфімов, В.В. Куприн, С.І. Чугунова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 42-50. — Бібліогр.: 25 назв. — укр. XXXX-0048 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63531 538.951.405;620.178.015;669.017.539.4 uk Электронная микроскопия и прочность материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Завдяки позитивному впливу інтерметаліду Al₃Sc, який утворюється при легуванні скандієм сплавів алюмінію, на механічні властивості цих сплавів представляє значний інтерес вивчення механічної поведінки цього інтерметаліду в широкому температурному інтервалі. Інтерметалід Al₃Sc отримано за допомогою технології швидкого охолодження з рідкого стану у вигляді пласкої пластини товщиною 1,85 мм. Для дослідження структури і механічних властивостей було задіяно рентгенофазовий аналіз, оптичну мікроскопію, сучасні методи індентування в інтервалі температур -196...615 оС. Показано, що температурна залежність твердості Al₃Sc має немонотонний характер. В інтервалі температур 450—550 оС виявляється максимум, який можна розглядати як результат утворення “сидячих” конфігурацій дислокацій, що є типовим для ряду інтерметалідів. Виконаний термоактиваційний аналіз процесу пластичної деформації з визначенням енергії активації руху дислокацій, активаційного об‘єму та параметрів деформаційного зміцнення показав, що механізм деформації інтерметаліду Al₃Sc є дислокаційним подібно до кристалів зі значною ковалентною складовою в міжатомному зв‘язку.
format	Article
author	Мільман, Ю.В. Голубенко, О.А. Гончарова, І.В. Єфімов, М.О. Куприн, В.В. Чугунова, С.І.
spellingShingle	Мільман, Ю.В. Голубенко, О.А. Гончарова, І.В. Єфімов, М.О. Куприн, В.В. Чугунова, С.І. Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації Электронная микроскопия и прочность материалов
author_facet	Мільман, Ю.В. Голубенко, О.А. Гончарова, І.В. Єфімов, М.О. Куприн, В.В. Чугунова, С.І.
author_sort	Мільман, Ю.В.
title	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації
title_short	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації
title_full	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації
title_fullStr	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації
title_full_unstemmed	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації
title_sort	інтерметалід al₃sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63531
citation_txt	Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації / Ю.В. Мільман, О.А. Голубенко, І.В. Гончарова, М.О. Єфімов, В.В. Куприн, С.І. Чугунова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 42-50. — Бібліогр.: 25 назв. — укр.
series	Электронная микроскопия и прочность материалов
work_keys_str_mv	AT mílʹmanûv íntermetalídal3sctemperaturnazaležnístʹmehaníčnihvlastivostejtaosoblivostídeformacíí AT golubenkooa íntermetalídal3sctemperaturnazaležnístʹmehaníčnihvlastivostejtaosoblivostídeformacíí AT gončarovaív íntermetalídal3sctemperaturnazaležnístʹmehaníčnihvlastivostejtaosoblivostídeformacíí AT êfímovmo íntermetalídal3sctemperaturnazaležnístʹmehaníčnihvlastivostejtaosoblivostídeformacíí AT kuprinvv íntermetalídal3sctemperaturnazaležnístʹmehaníčnihvlastivostejtaosoblivostídeformacíí AT čugunovasí íntermetalídal3sctemperaturnazaležnístʹmehaníčnihvlastivostejtaosoblivostídeformacíí
first_indexed	2025-07-05T14:19:01Z
last_indexed	2025-07-05T14:19:01Z
_version_	1836816942609989632
fulltext	УДК 538.951.405;620.178.015;669.017.539.4 Інтерметалід Al3Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації Ю. В. Мільман, О. А. Голубенко, І. В. Гончарова, М. О. Єфімов, В. В. Куприн, С. І. Чугунова Завдяки позитивному впливу інтерметаліду Al3Sc, який утворюється при легуванні скандієм сплавів алюмінію, на механічні властивості цих сплавів представляє значний інтерес вивчення механічної поведінки цього інтерметаліду в широкому температурному інтервалі. Інтерметалід Al3Sc отримано за допомогою технології швидкого охолодження з рідкого стану у вигляді пласкої пластини товщиною 1,85 мм. Для дослідження структури і механічних властивостей було задіяно рентгенофазовий аналіз, оптичну мікроскопію, сучасні методи індентування в інтервалі температур -196...615 оС. Показано, що температурна залежність твердості Al3Sc має немонотонний характер. В інтервалі температур 450—550 оС виявляється максимум, який можна розглядати як результат утворення “сидячих” конфігурацій дислокацій, що є типовим для ряду інтерметалідів. Виконаний термоактиваційний аналіз процесу пластичної деформації з визначенням енергії активації руху дислокацій, активаційного об‘єму та параметрів деформаційного зміцнення показав, що механізм деформації інтерметаліду Al3Sc є дислокаційним подібно до кристалів зі значною ковалентною складовою в міжатомному зв‘язку. Ключові слова: інтерметалід Al3Sc, твердість, температура, деформація. Вступ Існує надзвичайно багато теоретичних і експериментальних робіт [1—4 та ін.], присвячених створенню найбільш високоміцних алюмінієвих сплавів системи Al—Zn—Mg (7075 і 7050 — за класифікацією США і В95 — за російською класифікацією). Здавалося, що подальше суттєве зростання міцності алюмінієвих сплавів неможливо, однак в останні два десятиріччя значні успіхи були досягнуті завдяки мікролегуванню алюмінію і його сплавів скандієм. Легування скандієм дозволило не тільки підвищити міцність і пластичність ряду сплавів, але й значно поліпшити зварюваність сплавів, їх оброблюваність, підвищити стабільність механічних влас- тивостей при підвищених температурах, а також покращити корозійні властивості сплавів. Ефективнішим виявилось легування скандієм найбільш поширених сплавів системи Al—Mg та Al—Zn—Mg [5—7]. Оскільки сучасні сплави алюмінію це багатокомпонентні системи, легування скандієм має ряд специфічних особливостей для різних сплавів, пов’язаних із взаємодією скандію з іншими елементами, а також з необхідністю поєднати стандартну термомеханічну обробку з обробкою для прояву “скандієвого ефекту”. Унікальність впливу Sс на сплави А1 пояснюється його електронною будовою. Скандій за фізико-хімічними властивостями є аналогом ітрію та рідкісноземельних елементів. При легуванні А1 скандієм мають місце характерні риси, властиві легуванню перехідними металами: малий температурний інтервал кристалізації твердих © Ю. В. Мільман, О. А. Голубенко, І. В. Гончарова, М. О. Єфімов, В. В. Куприн, С. І. Чугунова, 2012 42 розчинів (близько 5 оС); відносно низька, але цілком помітна розчинність в алюмінії; різке зниження розчинності зі зниженням температури; схильність до утворення пересичених твердих розчинів; уповільнення дифузійних процесів у твердому розчині Аl. Маючи всі позитивні якості перехідних металів, які використовують при легуванні сплавів алюмінію [5, 8], скандій має і суттєві переваги у зв’язку з унікальними властивостями інтерметаліду А13Sс. Гратка L12 інтерметаліду Al3Sc ізоморфна гратці алюмінію при незначному (на 1,4%) перевищенні параметра гратки. Тому первинні частинки Al3Sc мають найсильнішу модифікуючу дію при кристалізації легованих Sc алюмінієвих сплавів і призводять до подрібнення зеренної структури зливка. Вторинні частинки Al3Sc, що випадають із пересиченого твердого розчину при термічній обробці, зберігають когерентний зв’язок з матрицею і дуже повільно ростуть. Виділення вторинних частинок Аl3Sс зумовлює найбільше питоме зміцнення алюмінієвої матриці в порівнянні з усіма елементами періо- дичної системи. Дійсно, приріст границі текучості алюмінію на 1% (ат.) Sc ∆σs/∆c ≈ 1000 МПа/% (ат.), що значно перевищує вплив інших елементів. Наявність дисперсних когерентно пов’язаних з матрицею частинок Al3Sc закріплює дислокаційні субграниці за механізмом, описаним у роботі [9], і сприяє формуванню в деформованих сплавах дрібної рівномірної комірчастої дислокаційної структури, якій притаманна висока термічна стабільність. Ці властивості Al3Sc відкривають можливості для поліпшення комплексу властивостей сплавів термічною обробкою за рахунок гартівного та деформаційного старіння. Позитивний вплив Sc на властивості сплавів алюмінію, як випливає з викладеного, носить комплексний характер. Так, добавки Sc не тільки підвищують границі текучості та міцності, і, як було показано в роботі [5], дозволяють зменшити розмір зерен у литому стані і у зварному шві, різко збільшують температуру рекристалізації у зв’язку із закріпленням субграниц дисперсними частинками другої фази. Підвищення зварюваності [10] обумовлене зменшенням як розміру зерна у зварному шві (як у литому металі), так і зони термічного впливу у зв’язку з високою температурою рекристалізації. У результаті знижується схильність до утворення гарячих тріщин при зварюванні, а механічні властивості звареного з’єднання при кімнатній температурі зростають. В літературі [11—14] існує незначна кількість робіт, в яких розглянуто механічну поведінку та дислокаційну структуру інтерметаліду Al3Sc. В цих роботах досліджено інтерметалід Al3Sc після високотемпературного відпалу. В даній роботі досліджували механічні властивості Al3Sc після швидкого охолодження, що наближає його властивості до дисперсних первісних виділень цього інтерметаліду, які утворюються в швидко охолоджених Al—Sc сплавах. В зв’язку з позитивним впливом інтерметаліду Al3Sc на механічні властивості сплавів алюмінію представляє значний інтерес вивчення механічної поведінки цього інтерметаліду в широкому температурному інтервалі. Матеріали та методика дослідження У відповідності до подвійної діаграми стану металічних сплавів підготовлено шихту, до складу якої входив чистий алюміній (99,999%), 43 лігатура Al—20% Sc та металічний скандій. Первісний зливок інтерметаліду Al3Sc отримано дуговою плавкою в атмосфері очищеного аргону з використанням невитратного вольфрамового електроду із перевертанням і переплавленням не менш 10 разів для забезпечення гомогенності. Маса зливка становила 6 г. Далі з цього зливка отримали інтерметалід Al3Sc у вигляді пласкої пластини товщиною h = 1,85 мм за технологією швидкого твердіння з рідкого стану із застосуванням мідної виливниці. Фазовий склад інтерметаліду досліджували на дифрактометрі ДРОН-УМ1 у СuКα-випромінюванні. Мікроструктуру вивчали за допомогою оптичного мікроскопа МІМ-10 після травлення зразків у водному розчині 3% (об.) HF. З урахуванням низькотемпературної крихкості інтерметаліду Al3Sc (до 500—600 оС) та значної вартості зразків механічні випробування виконані сучасними методами мікроіндентування [15—17]. Мікротвер- дість виміряли при кімнатній температурі на приладі ПМТ-3 з вико- ристанням пірамідальних алмазних інденторів Віккерса та Берковича при навантаженні 2 Н, твердість при низьких температурах (нижче кімнатної) — за допомогою спеціальної установки, що описана в роботі [18]. При вимірюванні зразки та індентор знаходились в охолоджувальній рідині. В якості охолоджувальної рідини використовували рідкий азот і суміш рідкого азоту з петролійним ефіром. Твердість при підвищених температурах визначали у вакуумі при тиску 10-3 Па на установці ВІМ-1, що описана в роботі [19]. Кожне значення твердості отримане в результаті усереднення 8—10 вимірів. Характеристику пластичності δН визначено методом індентування за методикою, розробленою в роботах [16, 17, 20], де було запропоновано визначати пластичність безрозмірним параметром, який дорівнює частині пластичної деформації в загальній пружнопластичній деформації при індентуванні: t e ep p t p H 1 ε ε −= ε+ε ε = ε ε =δ , (1) де εp, εe та εt — відповідно пластична, пружна і загальна деформації. За методикою, розробленою в роботі [16], отримано деформаційну криву для інтерметаліду Al Sc з 3 використанням комплекту з 9 пірамі- дальних інденторів із різними кутами загострення при вершині від 45 до 85о (зміна кута загострення — дозволяє змінювати ступінь деформації під індентором від 2 до 30% загальної деформації εt). Застосування кожного індентора дозволяє отримати одну точку на кривій деформації в координатах НМ—εt (НМ — твердість за Мейером). Через те, що твердість НМ є середнім контактним тиском і може бути перерахована на напруження текучості, отримана крива є аналогом кривої деформації σ—εt. Перерахунок проводили за співвідношенням Тейбора [21] H ≈ 3σ. У роботі стосовно інтерметаліду Al Sc3 була задіяна методика дослідження температурної залежності твердості для проведення термо- активаційного аналізу [22], яка раніш була успішно застосована для вивчення перехідних тугоплавких металів і ковалентних кристалів, яким притаманний високий рівень напруження Пайєрлса—Набарро, високе значення границі текучості при 0 К та різка температурна залежність напруження текучості. 44 Експериментальні результати та їх обговорення На рис. 1 та 2 наведено відповідно мікроструктуру та рентгенограму інтерметаліду Al3Sc. Завдяки використанню технології швидкого твердіння з рідкого стану отриманий інтерметалід має дрібний для литого стану розмір зерна d = 15—20 мкм. На рентгенограмі зразка отриманого сплаву спостерігаються лінії, що належать інтерметаліду Al3Sc, але поряд з ними на спектрі присутні слабо інтенсивні лінії інтерметаліду ОЦК Al2Sc (об’ємна частка Al2Sc не перевищує 3%) та сліди ГЦК Al. Таким чином, механічні властивості сплаву, які було досліджено, визначаються саме L12 інтерметалідом Al3Sc. Температурні залежності твердості HV та характеристики пластичності δН інтерметаліда Al3Sc в інтервалі –196...615 оС наведено на рис. 3. Темпе- ратурна залежність твердості має немонотонний характер, типовий для інтерметалідів [23]. Починаючи з 200 оС і нижче маємо збільшення твер- дості зі зниженням температури: при кімнатній температурі HV = 1920 та 3250 МПа — при температурі рідкого азоту. На кривій HV(T) виявляється максимум в інтервалі 450—550 оС, який є типовим для ряду інтерметалідів і пояснюється утворенням “сидячих” конфігурацій дислокацій [23]. На рис. 3 також наведено значення твердості, яке отримане в роботі [11]. Ця величина декілька нижча за отриману в нашій роботі. Це може бути пояснено високотемпературним відпалом та підвищеним вмістом алюмінію в інтерметаліді Al3Sc, що було виявлено і в роботі [11]. Температурна залежність характеристики пластичності δН, яка визначена Рис. 1. Мікроструктура сплаву інтерметаліду Al3Sc. Рис. 2. Рентгенограма зразка сплаву інтерметаліду Al3Sc. Ін те нс ив ні ст ь 50 мкм 2θ, град Рис. 3. Температурні залежності твердості (●) та характеристики пластичності δН (○) для інтер- металіду Al3Sc. * — твердість за даними роботи [11]. 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 HV, MПа δН ò åì ï åðàò óðà, 0C δH HV δHδH cr = 0,9 H V, М П а Температура, оС 45 із вимірів твердості, також наведена на рис. 3. При температурі рідкого азоту δН має найнижче значення і становить 0,81. У порівнянні з іншими інтерметалідами δН для Al3Sc при кімнатній температурі досить висока і становить 0,88, що і забезпечує його пластичність при стиску при кімнатній температурі [11]. Однак при розтягуванні цей інтерметалід поводить себе крихко. Висока пластичність Al3Sc забезпечується його кубічною L12 структурою, якій притаманна кристалографічна симетрія та велике число можливих систем ковзання [13]. При 200 оС δН досягає критичного значення 0,9, вище цієї температури інтерметалід Al3Sc стає пластичним, про що також свідчить і визначена характеристична температура деформації Т, яка дорівнює ≈743 К (таблиця). З використанням температурної залежності твердості Al3Sc проведено термоактиваційний аналіз пластичної деформації та визначено енергію активації руху дислокацій U, активаційний об’єм V, критичне напруження текучості при 0 К σкр(0), атермічну складову напруження текучості σа, характеристичну температуру деформації Т, з якої при зниженні температури починає різко зростати напруження Пайєрлса—Набарро і, як наслідок, твердість. Ця температура за гомологічною шкалою визнача- ється як t* = T/Tпл (Tпл — температура плавлення), а також величина α = = U/kTпл, що характеризує жорсткість кристалічної гратки по відношенню до руху дислокацій. Активаційний об’єм обчислюється як lsbV 3= , (2) де l — відстань між нерухомими точками на лінії дислокації в одиницях вектора Бюргерса b; s — відстань від рівноважного положення дислокації до вершини потенційного бар’єра в одиницях вектора Бюргерса b [24]. Значення σкр(0) отримують за допомогою лінійної екстраполяції низько- температурної ділянки температурної залежності твердості або границі текучості на 0 К. Величина σа являє собою суму доданків, які не залежать або слабко залежать від температури. Параметри, отримані термоактиваційним аналізом процесу пластич- ної деформації інтерметаліду Al3Sc, у порівнянні з іншими матеріалами Мате- ріал U, еВ V ⋅1024, см3 σкр(0), МПа σа, МПа Тпл, К Т, К t α* b3⋅1024, см3 δН при 20 оС Ковалентні кристали Ge 1,6 95 2530 — 1210 990 0,83 15,3 64,0 0,42 Si 2,2 55,7 4600 — 1683 1370 0,82 15,1 57,5 0,49 ОЦК перехідні метали Cr 0,20 44 725 200 2200 440 0,20 1,05 15,6 0,95 W 0,49 57,5 1365 45 3653 675 0,18 1,556 20,6 0,91 ГЦК метал Al 0,093 2000 7,5 — 936 — — — 23,4 0,98 Інтерметалід Al3Sc 0,25 48 1270 420 1600 743 0,40 1,8 24,4 0,88 46 0 5 10 15 20 25 30 35 0 200 400 600 800 1000 σ, MПа εp , % Рис. 4. Крива деформації σ—εр (а) та ця ж крива в логарифмічних координа- тах (б) для інтерметаліду Al3Sc при кімнатній температурі (навантаження на індентор Р = 2 Н). а εр, % lg εр б Значення цих величин та характеристики пластичності δН (при кімнатній температурі) наведено у таблиці. Для порівняння в таблиці також наведено аналогічні характеристики для чистого алюмінію, деяких ОЦК металів та ковалентних кристалів [22]. Результати розрахунку параметрів процесу пластичної деформації інтерметаліду Al3Sc, отримані термоактиваційним аналізом, показали наступне. Величина активаційного об’єму досліджуваних сплавів близька до b , тобто механізм руху дислокацій у цих сплавах визначається напруженням Пайєрлса 3 —Набарро, як у ковалентних кристалах і ОЦК перехідних металах, що свідчить про велику частку ковалентної складової в міжатомному зв’язку. Енергія активації руху дислокацій становить 0,25 еВ, тобто такого ж порядку, як і для тугоплавких ОЦК металів, але значно нижче, ніж у ковалентних кристалах. Характеристична температура деформації t* і параметр α* трохи вище, ніж для ОЦК металів, але також значно нижче, ніж для ковалентних кристалів. Крім того, необхідно відзначити, що Al3Sc має високе значення атермічної компоненти напруження текучості σ , яке вище, ніж для нелегованих ОЦК перехідних металів. Ці особливості механізму деформації визначають досить різку залежність напруження текучості від температури [24]. а На рис. 4, а наведено криву деформації для інтерметаліду Al3Sc в координатах σ—εр при кімнатній температурі, яка побудована методом індентування. Отримана крива свідчить про наявність деформаційного зміцнення цього матеріалу. На рис. 4, б цю ж криву подано в логарифмічних координатах, де точки розташовані на прямій. Використовуючи рівняння Людвика [25] nN ps ε+σ=σ (3) (σs — нижня границя текучості; N — коефіцієнт деформаційного зміцнення; n — показник деформаційного зміцнення), визначено N та n. Для Al3Sc коефіцієнт деформаційного зміцнення N = 0,142 ГПа, показник деформаційного зміцнення n = 0,485 ≈ 0,5, тобто зміцнення має параболічну залежність від εp, що є типовим для дислокаційного механізму деформації. Висновки За допомогою технології швидкого твердіння з рідкого стану із застосуванням устаткування для отримання аморфних металічних сплавів 47 одержано інтерметалід Al3Sc з розміром зерна d = 15—20 мкм, що має твердість 1,92 ГПа та характеристику пластичності δН = 0,88 при кімнатній температурі. Вперше стосовно інтерметаліду Al3Sc була задіяна методика дослідження температурної залежності твердості для проведення термоактиваційного аналізу процесу пластичної деформації, яка раніш успішно була застосована для вивчення перехідних тугоплавких металів і ковалентних кристалів. Виконане дослідження показало, що активаційний об‘єм V = 48·10-24 см3 для інтерметаліду Al3Sc близький до b3, тобто механізм руху дислокацій у цих сплавах визначається напруженням Пайєрлса—Набарро, як у кова- лентних кристалах та перехідних ОЦК металах, що свідчить про велику частку ковалентної складової міжатомного зв’язку. Енергія активації руху дислокацій для Al3Sc становить 0,25 еВ, тобто такого ж порядку, як і для тугоплавких ОЦК металів, однак значно нижче, ніж для ковалентних кристалів. Отримано температурну залежність твердості масивного інтерметаліду Al3Sc, яка має немонотонний характер. В інтервалі 450—550 оС виявляється максимум, який можна розглядати як результат утворення “сидячих” конфігурацій дислокацій, що є типовим для ряду інтерметалідів. При кімнатній температурі побудовано криву деформації методом індентування інтерметаліду Al3Sc і розраховано параметри його деформаційного зміцнення, значення яких відповідають дислокаційному механізму деформації цього інтерметаліду. 1. Фридляндер И. Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные спла- вы. — М.: Металлургия, 1979. — 208 с. 2. Aluminum and Аluminum alloys // ASM Speciality Handbook / Ed. J. R. Davis. — ASM International, 1993. — 784 p. 3. Fridlyander I. N. Russian aluminum alloys for aerospace and transport applications // Mater. Sci. Forum. — 2000. — 331—337. — P. 921—926. 4. Елагин В. И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переход- ными металлами. — М.: Металлургия, 1975. — 247 с. 5. Milman Yu. V., Lotsko D. V., Sirko O. I. ‘Sc effect’ of improving mechanical properties in aluminum alloys // Mater. Sci. Forum. — 2000. — 331—337. — P. 1107—1112. 6. Лоцко Д. В., Мильман Ю. В., Ефимов Н. А. и др. Структура и механические свойства сплава Al—Zn—Mg, легированного скандием и цирконием // Металлофизика и новейшие технологии. — 1999. — 21, № 6. — С. 9—16. 7. Senkov O. N., Miracle D. B., Milman Yu. V. et al. Low temperature mechanical properties of scandium-modified Al—Zn—Mg—Cu alloys // Mater. Sci. Forum. — 2002. — 396—402. — P. 1127—1132. 8. Hyde K. B., Norman A. F., Prangell P. B. The effect of cooling rate on the morpho- logy of primary Al3Sc intermetallic particles in Al—Sc alloy // Acta Mater. — 2001. — 49. — P. 1327—1337. 9. Мильман Ю. В., Рябошапка К. П. К вопросу о рекристаллизации дисперсно- упрочненных сплавов // Физика металлов и металловедение. — 1971. — 32(5). — C. 998—1006. 10. Мильман Ю. В., Иващенко Р. К., Захарова Н. П. и др. Влияние добавок скандия на структуру и свойства алюминиевых сплавов и их сварных соединений // Электронная микроскопия и прочность металлов. — К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. — 1998. — Вып. 9. — С. 83—92. 48 11. Schneibel J. H., George E. P. Microstructure, compression and fracture behavior of Al3Sc // Scripta Metal. et Mater. — 1990. — 24. — Р. 1069—1074. 12. Fukunaga K., Shouji T., Miura Y. Temperature dependence of dislocation structure of L12—Al3Sc // Mater. Sci. and Engin. A. — 1997. — 239—240. — Р. 202—205. 13. Harada Y., Dunand D. Microstructure and hardness of scandium trialuminide with ternary rare-earth additions // Mater. Sci. Forum. — 2007. — 539—543. — Р. 1565—1570. 14. Harada Y., Dunand D. C. Creep properties of Al3Sc and Al3(Sc,X) intermetallics // Acta Mater. — 2000. — 48. — Р. 3477—3487. 15. Milman Yu. V., Galanov B. A., Chugunova S. I. Plasticity characteristic obtained through hardness measurement (overview No.107) // Acta Metal. Mater. — 1993. — 41(9). — Р. 2523—2532. 16. Galanov B. A., Milman Yu. V., Chugunova S. I. and Goncharova I. V. Investigation of mechanical properties of high — hardness materials by indentation // Superhard Mater. — 1999. — 3. — Р.23—35. 17. Milman Yu. V. Plasticity characteristic obtained by indentation // J. of Phys D: Appl. Phys. — 2008. — 41. — 074013 (9p.). 18. Мильман Ю. В., Скляров О. Е., Удовенко А. П. и др. Исследования в области измерений микротвердости // Труды Ин-та метрологии СССР. — М.—Л.: Стандарты. — 1967. — 91(151). — С. 167—169. 19. Гудцов Н. Т., Лозинский И. Г. Изучение процесса старения металлов и сплавов измерением твердости при нагреве в вакууме // Журн. техн. физики. — 1952. — 22(8). — С. 1249. 20. Мильман Ю. В., Чугунова С. И., Гончарова И. В. Пластичность, определяемая методом индентирования, и теоретическая пластичность материалов // Изв. РАН. Серия физическая. — 2009. — 73(9). — С. 1282—1289. 21. Tabor D. The Hardness of Metals. — Oxford: Clarendon Press, 1951. — 175 р. 22. Трефилов В. И., Мильман Ю. В., Фирстов С. А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. — К.: Наук. думка, 1975. — 315 с. 23. Гринберг Б. A., Иванов М. A. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение. — Екатеринбург: УрО РАН, 2002. — 360 с. 24. Мильман Ю. В., Трефилов В. И. О физической природе температурной зави- симости предела текучести // Порошковая металлургия. — 2010. — 7/8. — С. 3—18. 25. Ludwik Р. Elemente der Technologyschen Mechanik. — Berlin: Springer, 1999. — 157 р. Интерметаллид Al3Sc: температурная зависимость механических свойств и особенностей деформации Ю. В. Мильман, А. А. Голубенко, И. В. Гончарова, Н. А. Ефимов, В. В. Куприн, С. И. Чугунова Благодаря положительному влиянию интерметаллида Al3Sc, который образуется при легировании скандием сплавов алюминия, на механические свойства этих сплавов представляет значительный интерес изучение механического поведения этого интерметаллида в широком температурном интервале. Интерметаллид Al3Sc получен с использованием технологии быстрого охлаждения из жидкого состояния в виде плоской пластины толщиной 1,85 мм. Для исследования структуры и механических свойств были задействованы рентгенофазовый анализ, оптическая микроскопия, современные методы индентирования в интервале температур –196…615 оС. Показано, что температурная зависимость твердости Al3Sc имеет немонотонный характер. В интервале температур 450—550 °С проявляется максимум, который можно 49 рассматривать как результат образования “сидячих” конфигураций дислокаций, что является типичным для ряда интерметаллидов. Выполненный термоактивационный анализ процесса пластической деформации с определением энергии активации движения дислокаций, активационного объема и параметров деформационного упрочнения показал, что механизм деформации интерметаллида Al3Sc является дислокационным, как и в кристаллах, со значительной ковалентной составляющей в межатомной связи. Ключевые слова: интерметаллид Al3Sc, твердость, температура, деформация. Intermetallic Al3Sc: the temperature dependence of mechanical properties and deformation peculiarities Yu. V. Milman, O. A. Golubenko, I. V. Goncharova, M. O. Iefimov, V. V. Kuprin, S. I. Chugunova The study of the mechanical behavior of intermetallic compound Al3Sc in a wide temperature range is of considerable interest due to the positive influence of the intermetallic Al3Sc (which is formed with alloying by scandium of aluminum alloys) on the mechanical properties of these alloys. Intermetallic Al3Sc was obtained by the technology of rapid solidification from the liquid state as a plate with thickness of 1,85 mm. X-ray analysis, optical microscopy, modern methods of indentation in the temperature range 615÷196 °C were used to study of the structure and mechanical properties. It is shown that the temperature dependence of hardness of Al3Sc is nonmonotonic. In the temperature range 450—550 °C it is shown a maximum, which can be viewed as the result of formation of sessile configurations of dislocation, which is typical for a number of intermetallic compounds. The termoactivation analysis of the plastic deformation with the determination of the activation energy of dislocation motion, the activation volume and strain hardening was performed. It is shown that the intermetallic compound Al3Sc deformation mechanism is dislocation like in the crystals with a significant covalent component of interatomic bonding. Keywords: intermetallic Al3Sc, hardness, temperature, deformation. 50

Інтерметалід Al₃Sc: температурна залежність механічних властивостей та особливості деформації

Institution

Ähnliche Einträge