Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов

Изготовлены наковальни Бриджмена и реализованы технические условия механоактивации поверхностных и объемных структурно-фазовых изменений в экстремальных условиях пластической деформации металлов. In situ методами оптической микроскопии и рентгеноструктурного анализа изучены характер структурно-фазов...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автор:	Белоусов, Н.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2008
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70408
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов / Н.Н. Белоусов // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 1. — С. 83-92. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70408
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-704082014-11-05T03:01:47Z Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов Белоусов, Н.Н. Изготовлены наковальни Бриджмена и реализованы технические условия механоактивации поверхностных и объемных структурно-фазовых изменений в экстремальных условиях пластической деформации металлов. In situ методами оптической микроскопии и рентгеноструктурного анализа изучены характер структурно-фазовых изменений и свойства модифицированных металлов. Определена взаимосвязь между структурно-фазовыми изменениями и физико-механическими свойствами исследуемых металлов: обнаружена деформационно-стимулированная пластичность, вызванная фазовой неустойчивостью структуры в экстремальных условиях пластической деформации. Bridgman anvils have been manufactured and technical conditions realized for mechanical activation of surface and volume structural-phase changes in metals under extreme conditions of plastic deformation. Character of changes and properties of modified metals have been studied by in situ methods of optical microscopy and X-ray structure analysis. Relationship has been determined for structural-phase changes and physico-mechanical properties of the studied metals: deformation-stimulated plasticity resulting from phase instability of the structure under extreme conditions of plastic deformation has been revealed. 2008 Article Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов / Н.Н. Белоусов // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 1. — С. 83-92. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0868-5924 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70408 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Изготовлены наковальни Бриджмена и реализованы технические условия механоактивации поверхностных и объемных структурно-фазовых изменений в экстремальных условиях пластической деформации металлов. In situ методами оптической микроскопии и рентгеноструктурного анализа изучены характер структурно-фазовых изменений и свойства модифицированных металлов. Определена взаимосвязь между структурно-фазовыми изменениями и физико-механическими свойствами исследуемых металлов: обнаружена деформационно-стимулированная пластичность, вызванная фазовой неустойчивостью структуры в экстремальных условиях пластической деформации.
format	Article
author	Белоусов, Н.Н.
spellingShingle	Белоусов, Н.Н. Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов Физика и техника высоких давлений
author_facet	Белоусов, Н.Н.
author_sort	Белоусов, Н.Н.
title	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов
title_short	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов
title_full	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов
title_fullStr	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов
title_full_unstemmed	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов
title_sort	структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2008
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70408
citation_txt	Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов / Н.Н. Белоусов // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 1. — С. 83-92. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT belousovnn strukturnofazovyeizmeneniâvusloviâhplastičeskojdeformaciipoddavleniemisvojstvamodificirovannyhmetallov
first_indexed	2025-07-05T19:39:29Z
last_indexed	2025-07-05T19:39:29Z
_version_	1836837104661823488
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 83 PACS: 81.40.-z, 80.40.Uw Н.Н. Белоусов СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОВ Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина E-mail: bel@hpress.fti.ac.donetsk.ua Статья поступила в редакцию 12 декабря 2007 года Изготовлены наковальни Бриджмена и реализованы технические условия механо- активации поверхностных и объемных структурно-фазовых изменений в экстре- мальных условиях пластической деформации металлов. In situ методами опти- ческой микроскопии и рентгеноструктурного анализа изучены характер структурно-фазовых изменений и свойства модифицированных металлов. Опреде- лена взаимосвязь между структурно-фазовыми изменениями и физико- механическими свойствами исследуемых металлов: обнаружена деформационно- стимулированная пластичность, вызванная фазовой неустойчивостью структуры в экстремальных условиях пластической деформации. Введение Одним из основных направлений в современной физике твердого тела, определившихся на стыке двух наук (физики прочности и пластичности и физики высоких давлений), является установление взаимосвязи процессов формирования предельно деформированных состояний и структурно- фазовых модификаций в экстремальных условиях внешних энергетических воздействий [1−4]. В рамках данного направления с научно-практической точки зрения наиболее перспективен подход, связанный как с технической реализацией предельного напряженно-деформированного состояния, так и с исследованиями структурно-фазовых изменений кристаллической решетки в экстремальных условиях внешних воздействий [3]. С методической точки зрения перспективны разработка и развитие in situ методов получения [4,6] и исследования физико-механических свойств деформированных материалов заданной структурно-фазовой модификации [6]. В первую очередь это отно- сится к совершенствованию методов наковален Бриджмена [4] и кинетиче- ского микроиндентирования [5]. Цель работы: осуществить механоактива- цию структурно-фазовых изменений в экстремальных условиях пластиче- Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 84 ской деформации сдвига под давлением, определить взаимосвязь между этими изменениями и физико-механическими свойствами модифицирован- ных металлов. Материалы и методика эксперимента Для получения и исследования объемных и поверхностных деформирован- ных состояний в условиях сочетания различных схем деформаций, в частно- сти деформаций сдвига и сжатия, разработаны и изготовлены деформацион- но-оптическая установка и деформационные камеры высокого давления типа наковален Бриджмена [5]. Для осуществления интенсивной деформации сжа- тия в сочетании с деформацией сдвига изготовлены наковальни в виде усе- ченных конусов из алмазов и металлокерамического твердого сплава ВК-6. Указанные наковальни позволяют деформировать образец непосредственно в устройствах оптико-механической установки с компьютерной записью кри- вых деформаций сжатия и сдвига; косвенно контролировать процесс структу- ро- и фазообразования резистометрическим, акустическим и теплофизическим методами; непосредственно следить за этапами структурно-фазовых изменений методами оптической металлографии и рентгеноструктурного анализа. Ско- рость деформации кручения варьировалась в пределах 0.01−1 rad/s; скорость деформации сжатия была постоянной и равнялась 10−3 s−1. Основным материалом исследования выбраны: Fe (различной чистоты: 99.99% Fe, 99.86% Fe, 98.6% Fe−С) и твердые растворы на его основе Fe−(5, 20)% Co, Fe−(5, 10)% Mn, Fe−20% Cr, Fe−18% Cr−10% Mn, Fe−10% Cr−10% Mn, Fe−10% Cr−10% Mn−16% Ni, Fe−N с различным содержанием азота СN = 0.06−0.7% N (высокоазотистая сталь в аустенитном состоянии γ-HNS). Для изменения фазового состава твердый раствор Fe−10% Cr−10% Mn−16% Ni с CN = 0.06% N подвергали следующей термомеханической обработке: а) Т = = 80 K, ε = 10%, отпуск при Т = 720 K, t = 30 min (фазовый состав: α-фаза − 15%, γ-фаза − 85%); б) Т = 80 K, ε = 20%, отпуск при Т = 720 K под напряже- нием σ = 0.5σ0.2, t = 60 min (фазовый состав: α-фаза − 30%, γ-фаза − 70%). Использовали образцы в виде дисков диаметром 0.8 mm, толщиной 0.03 mm (алмазные наковальни) и диаметром 3−5 mm, толщиной 0.2−2 mm (нако- вальни из ВК-6). Образцы исследуемых материалов подвергали одноосному сжатию до заданного давления, а затем − пластической деформации круче- ния с заданной скоростью. Устанавливали зависимость угла поворота ϕ от величины крутящего момента M для различных значений напряжения сжа- тия. Из моментов вращения рассчитывали напряжения сдвига и оценивали коэффициент трения контактирующих поверхностей. Процесс in situ струк- туро- и фазообразования в экстремальных условиях пластических деформа- ций сжатия и сдвига исследовали с использованием алмазных наковален [4]. Структурно-фазовые изменения изучали методами рентгеноструктурного анализа на усовершенствованном компьютеризированном дифрактометре ДРОН-3 в Mo Kα1-излучении с использованием специальной приставки [4]. Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 85 Объемные структуры, деформированные в наковальнях Бриджмена, соз- давали путем сочетания деформаций кручения (n ≥ 5) и сжатия (σ ≥ 6 GPa). Поверхностные структуры создавали путем сдвига в условиях фрикционно- контактного взаимодействия (n ≥ 3, σ ≤ 1 GPa). Для исследования физико-механических свойств образцов со структурно- фазовыми модификациями после интенсивной пластической деформации усовершенствован и применен метод кинетического микроиндентирования (КМИ) [5]. Необходимость усовершенствования метода КМИ вызвана не- возможностью использования методов традиционного материаловедения для исследования предельно деформированных материалов. В отдельных случаях для изучения микрообразцов, получаемых в алмазной наковальне Бриджмена, предусмотрено применение метода КМИ непосредственно в структурно-деформационной камере путем замены верхней наковальни на алмазный индентор [4]. Усовершенствованный метод КМИ [5] имеет де- формационно-силовые параметры: точность измерения силы ΔF = ±5⋅10−4 N; точность измерения перемещения ΔL = ±2⋅10−4 mm; скорость внедрения ал- мазного индентора 10−4−10−1 mm/min, оптическая точность измерения размеров микротрещин в окрестности отпечатка Δl = ±2⋅10−3 mm. При КМИ определяли следующие структурно-чувствительные параметры: коэффициент интенсивно- сти напряжений первого рода K1с (трещиностойкость): K1с = α(E∗/H)1/2P/C3/2, где Р − критическая нагрузка появления трещин; Е∗ = Е/(1 − ν2) − приведенный контактный модуль упругости при микровдавливании (Е определяется по кривой разгрузки, ν − коэффициент Пуассона), Н − невосстановленная микро- твердость, Н = 1854Р/(7h)2 (h − глубина внедрения индентора), С − длина ради- альных трещин, С = 2 (ht − hc + QE/H)hc (ht и −hc находятся из кривых микроиндентирования); эффективную (поверхностную) энергию разруше- ния 2 1 / 2f cW K E= ; индекс хрупкости f = Н/K1с; коэффициент пластичности γ = Н 3/Е2. Метод КМИ информативен при in situ исследовании градиентного характера поверхностных стрессовых состояний, что оценивалось непосредст- венно по характеру внедрения алмазного индентора. Основные результаты исследований В экстремальных условиях поверхностной пластической деформации со сдвигом реализовано предельное напряженно-деформированное состояние и инициирована структурно-фазовая нестабильность в поверхностном слое γ- HNS [3]. Методом рентгеноструктурного анализа обнаружено, что в услови- ях контактного трения происходит немонотонное изменение уширения и ин- тенсивности рентгеновских линий. Для γ-HNS с CN = 0.06% N в данных ус- ловиях деформации обнаружена дестабилизация γ-фазы с образованием α- фазы (рис. 1). Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 86 54.0 55.2 56.4 57.6 0.25 0.50 0.75 1.00 3 2 1 (111) γ-Fe (110) α-Fe I, 1 03 2θ, grad 0 10 20 30 0.0 0.2 0.4 Δ S m /Δ S a σ, GPa Рис. 1. Характер изменения рентгеновских линий (излучение Co) после контактного трения под давлением: 1 − 200 MPa, 2 − 600 MPa, 3 − 1.2 GPa; ϕ = 12 rad, dϕ/dt = 0.1 rad/s Рис. 2. Частично-обратимый характер фазового превращения в Fe−Cr−Mn−Ni- твердом растворе (CN = 0.06% N) в условиях пластической деформации сдвига (n = = 2 rev) при деформации сжатия Проведены исследования характера изменения физико-механических свойств, чувствительных к структурно-фазовому составу. Установлено, что процесс фазообразования может сопровождаться заметными изменениями величины тепловыделений [7,8] и неупругих свойств [9]. Немонотонный ха- рактер изменения механических свойств может свидетельствовать о неус- тойчивости процесса структурно-фазовых изменений в экстремальных усло- виях пластического деформирования поверхности [3]. Дополнительно обна- ружено, что прекращение деформации кручения при сохранении напряже- ния сжатия сопровождалось: исчезновением акустической эмиссии; стаби- лизацией температуры и электросопротивления; частичной релаксацией внутренних микронапряжений; частично-обратимыми фазовыми измене- ниями. Характер полярных изменений (рис. 2) определяли по отношению площадей ΔSm/ΔSa под дифракционными максимумами, соответствующими различным фазам с ОЦК- (линия (110)) и ГЦК- (линия (111)) решетками (данные брали из рис. 1). Для твердого раствора γ-HNS с CN = 0.3−0.57% N структурное упрочне- ние поверхности при больших деформациях намного больше, чем при ма- лых [10], а для γ-HNS с CN = 0.06% N − наоборот. Для твердого раствора Fe−10% Cr−10% Mn−16% Ni с CN = 0.57% N существует предельная поверх- ностная деформация сдвига (ϕ = 30 rad), при которой проявляется макси- мальное объемное упрочнение. При объемной деформации сдвига (ϕ = 12 rad) в условиях сжатия (σ ≤ 5 GPa) твердый раствор с CN = 0.57% N оставался однофазным (γ-фаза, ГЦК- решетка) во всем диапазоне изменения напряжения сжатия (σ = 5−20 GPa). В то же время зарегистрирована остаточная намагниченность до 20% маг- нитной фазы (в пересчете на α-Fe) [10]. Для твердого раствора (CN = 0.06% N) Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 87 при σ ≤ 20 GPa и угле вращения ϕ = = 30 rad рядом с линией (111) γ- фазы обнаружена новая линия на фоне повышенного уровня диф- фузного рассеяния. Эта линия иден- тифицирована как (110) α-фазы, а ее интенсивность (количество α- фазы) в различной степени зависе- ла от соотношения деформаций сжатия и сдвига. Поскольку Fe (технический) яв- ляется основным элементом γ-HNS, практический интерес представля- ет исследование его структурно- фазовой стабильности в таких же деформационно-силовых условиях, в которых была изучена высокоазотистая сталь. Исследование технического Fe (рис. 3) в условиях квазигидростатического давления позволило иниции- ровать начальные стадии нарушения структурно-фазовой стабильности. Ме- тодом рентгеноструктурного анализа (излучение Мо) обнаружено, что при Р ≤ 17 GPa рядом с линией (110) α-фазы появляется линия новой фазы, ко- торая идентифицирована как линия (1011) ε-фазы. Практический интерес представляют исследования, связанные с определе- нием деформационно-силовых параметров нарушения фазовой стабильности Fe в экстремальных условиях пластической деформации сжатия под давлением. Методом рентгеноструктурного анализа in situ изучены особенности структурно-фазовых изменений в техническом железе в экстремаль- ных условиях пластической деформации сжатия (рис. 4). Путем срав- нения данных рис. 4 и 3 показано, что начало фазовой дестабилизации Fe 0 4 8 12 16 0 20 40 60 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 0 10 20 30 40 2θ (1011)ε (110)α I 2θ, grad σ, GPa W , % 1 2 3 4 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 10 20 30 2θ (1011) ε-Fe (110) α-Fe I 2θ, grad 1 2 3 Рис. 3. Характер изменения рентгенов- ских линий (излучение Мо) при квази- гидростатических условиях дестабилиза- ции α-фазы технического Fe при обжатии в алмазных наковальнях: 1 − Р = 1 GPa, 2 − 17, 3 − 25 Рис. 4. Спектр рентгеновских линий (излучение Мо) при структурно-фазовых измене- ниях в техническом Fe в экс- тремальных условиях пла- стической деформации сжа- тия σ, GPa: 1 − 2, 2 − 10, 3 − 12, 4 − 16. На вставке показа- но изменение процентного соотношения ε-фазы W Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 88 при деформации сжатия происходит при более низких давлениях, чем при воздействии только квазигидростатического давления. В условиях деформа- ции сжатия под давлением обнаружен обратимый характер изменения соот- ношения фазовых составляющих (рис. 4, вставка). Увеличение полуширины линии α-фазы в процессе формирования ε-фазы свидетельствовало о росте внутренних полей напряжений исходной фазы. При циклировании дефор- мирующего напряжения Δσ = 8 ↔ 22 GPa, n = 20, Т = 300 K (рис. 4, вставка, штриховая линия) инициировали преобразование обратимого фазового пре- вращения α ↔ ε в частично-обратимое ε → α с образованием стабильной (до 10%) ε-фазы. Стандартная обработка данных рентгеноструктурного ис- следования (рис. 3 и 4) предельно деформированных материалов с помощью известных методов [1] (аппроксимации, фурье-анализа, Селякова, Уоррена– Авербаха, Холла и др.) позволила обнаружить, что частично-обратимое ε → α- превращение сопровождается формированием полидисперсной (по размерам области когерентного рассеяния (ОКР) − 30−250 nm) нанокристаллической структуры в α-фазе. Вероятно, что появление и исчезновение ε-фазы в экс- тремальных условиях пластической деформации под давлением способству- ет формированию нанокристаллической структуры в α-фазе. Интерес представляют исследования в условиях сочетания нескольких видов деформации, в частности сжатия и сдвига (рис. 5). Обнаружено, что наложение сдвиговой компоненты (при кручении) инициировало начало структурно-фазовой неустойчивости (рис. 5) при более низких напряжениях сжатия (см. рис. 4). Кроме этого, показано, что механоактивация структур- но-фазовой дестабилизации в экстремальных условиях комбинированной деформации сжатия и сдвига способствует росту объема новой ε-фазы и увеличению соотношения объемов обратимой и необратимой фаз (рис. 5, вставка). Предварительные исследования свидетельствуют, что количество необра- тимой фазы в различной степени зависит от состояния исходной структуры, величины сдвиговой деформации кручения и соотношения между сдвиговой 0 4 8 12 16 0 20 40 60 80 100 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 2 4 6 8 (1011)ε(110)α I 2θ, grad σ, GPa W ,% 2 1 Рис. 5. Характер перестройки рент- геновского спектра при структурно- фазовых изменениях технического Fe в экстремальных условиях: 1 − де- формация сжатия (σ = 16 GPa); 2 − комбинированная деформация: сжа- тие (σ = 12 GPa) + сдвиг (φ = 12 rad). На вставке представлен характер изменения количества новой ε-фазы W при наложении сдвиговой компо- ненты (φ = 12 rad) в условиях де- формации сжатия Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 89 деформацией и деформацией сжатия. При соответствующем подборе влияющих факторов можно ожидать получения материала с максимальным количеством стабильной ε-фазы, что открывает возможности как получения необычных свойств в обычных материалах, так и управления их свойствами при варьировании параметров комбинированной пластической деформации. Физико-механические свойства модифицированных материалов исследо- вали методом КМИ [5]. Обнаружено, что деформационно-стимулированное фазовое α ↔ ε-превращение в техническом Fe инициировало заметное по- вышение прочности (рис. 6). При микроиндентировании образцов Fe в условиях структурно-фазовой (α ↔ ε) неустойчивости обнаружено увеличение коэффициента пластично- сти (рис. 7). С ростом скорости деформации под индентором наблюдалось повышение пластичности. Полученные значения коэффициента скоростной чувствительности (m = 0.28) указывают на возможность протекания процес- са сверхпластичности в данном структурно-фазовом состоянии Fe. 0 10 20 30 40 0 150 300 450 2 1 F , N h, 103 mm 0 10 20 30 0.0 0.2 0.4 0.6 H 3 /E 2 σ, GPa Рис. 6. Кинетическое микроиндентирование технического Fe: 1 − исходное со- стояние; 2 − деформационно-модифицированное (σ = 12 GPa, φ = 12 rad) Рис. 7. Характер изменения наведенной пластичности в условиях структурно- фазовых (σ = 12 GPa, φ = 12 rad) изменений в техническом Fe Методом КМИ для технического Fe обнаружено, что процесс струк- турно-фазовой неустойчивости сопровождается уменьшением модуля Юнга и выходом на насыщение деформационных зависимостей механи- ческих параметров. Инициированное структурно-фазовое состояние при- обретает наведенную намагниченность. Сделано предположение, что об- наруженная намагниченность имеет деформационную природу и может быть обусловлена изменением структурно-фазового и энергетического состояний межзеренного пространства в процессе деформации предель- ной величины. Проведено дополнительное упрочнение исходного поверхностного слоя технического Fe дисперсионными наноразмерными (d ≈ 30−80 nm) порош- ками Al2O3 и ZrO2 + 3 mol.% Y путем индентирования последних в поверх- ностный слой при различном сочетании деформационно-силовых парамет- Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 90 ров сдвига и сжатия. Методом КМИ показано, что для поверхностного слоя Fe толщиной до 4 μm с внедренным порошком Al2O3 твердость (при средних размерах ОКР порядка 80 nm) составила 45 GPa (при нагрузке 100 mN), ре- лаксированная твердость (измеренная по методу Виккерса) оказалась 60 GPa. Обнаружено, что исходный поверхностный слой Fe обладает бóльшим коэф- фициентом упругого возврата (W = 50−80%), чем дисперсионно- упрочненный порошком Al2O3 (W = 20−40%) при деформации (е = 5), и за- висит от величины деформационно-силовых параметров. Зная невосстанов- ленную твердость H (по глубине внедрения индентора) и модуль Юнга E (по кривой разгрузки), оценивали уровень сопротивления поверхностного слоя пластической деформации, который тем выше, чем больше отношение Н3/Е2. Для е = 5 Н3/Е2 = 0.15−1.31 GPa. Путем варьирования структуры дисперси- онно-упрочненного поверхностного слоя стремились при сохранении высо- кой твердости добиться минимально возможного модуля Юнга. За счет уменьшения размеров ОКР от 80 до 20 nm их твердость была увеличена от 30 до 45 GPa, в то время как приведенный модуль Юнга изменился с 402 до 470 GPa, а сопротивление пластической деформации (по отношению Н3/Е2) увеличи- лось от 0.22 до 0.71 GPa. Заключение Изготовлены наковальни Бриджмена и реализованы технические условия механоактивации поверхностных и объемных структурно-фазовых измене- ний в металлах в экстремальных условиях пластической деформации под давлением. In situ методами оптической микроскопии и рентгеност- руктурного анализа изучены характер структурно-фазовых изменений и свойства модифицированных металлов. Определена взаимосвязь между структурно-фазовыми изменениями и физико-механическими свойствами исследуемых металлов − обнаружена деформационно-стимулированная пла- стичность, вызванная фазовой неустойчивостью структуры в экстремаль- ных условиях пластической деформации. Установлен частично-обратимый характер фазового α ↔ ε-превращения в Fe на начальных стадиях структурно-фазовой дестабилизации. Показана возможность управления объемными и поверхностными свойствами дефор- мированных материалов путем целенаправленных структурно-фазовых из- менений в условиях реализации предельного напряженно-деформирован- ного состояния. Выявлены деформационно-силовые параметры образования новой фазы, показано, что радиальное течение в сочетании с тангенциальным смещением стимулируют процесс образования деформационной фазы. Установлено, что: фазовая неустойчивость стимулирует процесс фрагментации структуры и инициирует повышенную пластичность двухфазного материала; деформа- ция сдвига в условиях квазистатического сжатия стимулирует процесс фазо- образования, изменяет частично-обратимый характер фазового превращения Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 91 на необратимый и снижает деформационно-силовые параметры образования новой фазы. Методами in situ исследований показана возможность управления объем- ными и поверхностными свойствами деформированных материалов путем целенаправленных структурно-фазовых изменений в условиях реализации предельного напряженно-деформированного состояния. 1. Р.З. Валиев, Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластиче- ской деформацией, Логос, Москва (2000). 2. В. Пшибыльский, Технология поверхностной пластической обработки, Метал- лургия, Москва (1991). 3. В.Н. Варюхин, Н.Н. Белоусов, ФТВД 15, № 4, 37 (2005). 4. Н.Н. Белоусов, ФТВД 16, № 4, 90 (2006). 5. В.И. Барбашов, Н.Н. Белоусов, ФТВД 11, № 2, 86 (2001). 6. В.Н. Варюхин, Н.Н. Белоусов, Е.Г. Пашинская, ФТВД 10, № 2, 15 (2000). 7. Н.Н. Белоусов, И.Р. Венгеров, Е.Г. Пашинская, ФТВД 17, № 3, 103 (2007). 8. Н.Н. Белоусов, И.Р. Венгеров, ФТВД 17, № 4, 64 (2007). 9. В.Н. Варюхин, Н.Н. Белоусов, ФТВД 14, № 3, 119 (2004). 10. Н.Н. Белоусов, Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов, ОТТОМ-7, Харьков (2006), с. 134−137. N.N. Belousov STRUCTURAL AND PHASE CHANGES UNDER CONDITIONS OF PRESSURE-STIMULATED PLASTIC DEFORMATION AND PROPERTIES OF MODIFIED METALS Bridgman anvils have been manufactured and technical conditions realized for mechanical activation of surface and volume structural-phase changes in metals under extreme condi- tions of plastic deformation. Character of changes and properties of modified metals have been studied by in situ methods of optical microscopy and X-ray structure analysis. Rela- tionship has been determined for structural-phase changes and physico-mechanical proper- ties of the studied metals: deformation-stimulated plasticity resulting from phase instability of the structure under extreme conditions of plastic deformation has been revealed. Fig. 1. Character of changes in X-ray lines (Co-radiation) after contact friction under pressure: 1 − 200 MPa, 2 − 600 MPa, 3 − 1.2 GPa; ϕ = 12 rad, dϕ/dt = 0.1 rad/s Fig. 2. Partially reversible character of phase transformation in Fe−Cr−Mn−Ni-solid so- lution (СN = 0.06% N) in conditions of plastic deformation with shear (n = 2 rev) under compressive strain Fig. 3. Character of changes in X-ray lines (Mo-radiation) under quasi-hydrostatic condi- tions for α-phase destabilization in industrial Fe reduced in diamond anvils: 1 − Р = 1 GPa, 2 − 17, 3 − 25 Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 1 92 Fig. 4. X-ray lines (Mo-radiation) for changes in structure and phases in industrial Fe in extreme conditions of plastic deformation by compression σ, GPa: 1 − 2, 2 − 10, 3 − 12, 4 − 16. In the insert: changes in ε-phase percentage W Fig. 5. Character of X-ray spectrum rearrangement during structural and phase changes in industrial Fe under extreme conditions: 1 − deformation by compression (σ = 16 GPa); 2 − combined deformation: compression (σ = 12 GPa) + shear (φ = 12 rad). In the insert: changes in quantity of new ε-phase W versus shearing component application (ϕ = 12 rad) under compression Fig. 6. Kinetic microindentation of industrial Fe: 1 − initial state; 2 − deformation- modified (σ = 12 GPa, ϕ = 12 rad) Fig. 7. Character of changes in the induced plasticity under structural and phase changes (σ = 12 GPa, ϕ = 12 rad) in industrial Fe

Структурно-фазовые изменения в условиях пластической деформации под давлением и свойства модифицированных металлов

Репозитарії

Схожі ресурси