Вплив структури та температури на в"язкість та механізми руйнування молібдену - Автореферат

У багатьох попередніх дослідженнях було встановлено, що така властивість ОЦК-металів та сплавів на їх основі зумовлена існуванням різкої температурної залежності критичного напруження зсуву та впливом шкідливих окрихчуючих домішок. Водночас було показано, що особливості електронної будови цих сплавів зумовлюють як низьку розчинність елементів втілення у твердому розчині (особливо для елементів VIA групи), так і, навпаки, високу здатність до міжзеренної сегрегації, що додатково зумовлює окрихчення, повязане у багатьох випадках із переходом до міжзеренного руйнування. У багатьох роботах були спроби звязати вязкість руйнування матеріалів зі структурними параметрами (розмір зерна, обємна частка й розмір часток другої фази та ін.) і звичайними механічними властивостями (границя плинності, показник деформаційного зміцнення й ін.). Разом з тим стало зрозуміло, що єдина теорія структурної чутливості вязкості руйнування в широкому діапазоні температур не може бути побудована у звязку зі зміною мікромеханізмів руйнування. Було встановлено, що метали з ОЦК граткою й сплави на їх основі виявляють, напевно, самий повний набір можливих мікромеханізмів руйнування залежно від структури, складу й умов випробувань.Визначення меж вязко-крихкого руйнування має винятково важливе значення для практичних цілей, оскільки обмежує використання при низьких температурах багатьох конструкційних матеріалів на основі металів з ОЦК-граткою. Авторами роботи була запропонована енергетична концепція зміни механізмів руйнування в залежності від температури. Відзначено, водночас, що робіт, присвячених вивченню впливу структурних параметрів та температури на вязкість руйнування ОЦК-металів, існує обмежена кількість, та не завжди в них враховується конкретний мікромеханізм руйнування. В той час, коли поведінка границі плинності в залежності від температури має звичайний вигляд та може бути апроксимована експоненціальним виразом Трефілова-Мільмана, зміна тріщиностійкості має немонотонний характер. На нашу думку, зниження вязкості руйнування вище 293 К повязане саме з докритичним підростанням тріщини, і в такому випадку на залежності вязкості руйнування від температури можна виділити дві ділянки: перша - без субкритичного підростання (стадія I) і друга - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом (стадія II).Встановлено (на прикладі сплаву молібдену ЦМ-10 з розміром зерна 300-400 мкм), що при транскристалітному руйнуванні температурна залежність тріщиностійкості при переході з крихкого стану до пластичного має немонотонний характер і складається з двох ділянок: 1 - без субкритичного підростання; 2 - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом. Проведеними розрахунками показано, що залежно від співвідношення с/с (c-довжина тріщини у вершині надрізу, с - радіус скругления вершини) змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури. Визначено, що величина енергії активації процесу, що контролює температурну залежність тріщиностійкості, відповідає величині енергії активації руху дислокацій, оцінка якої проведена по температурній залежності границі плинності відповідно до підходу В.І.Трефілова та Ю.В.Мільмана. Це зумовлено залежністю величини співвідношення розмірів пластичної зони в вершині тріщини ry і зерна d від температури. Показано, що при інтеркристалітному характері руйнування, на відміну від транскристалітного, у вивченому діапазоні розмірів зерен і температур залежність тріщиностійкості сплаву МТ від розміру зерна відповідає вигляду рівняння Холла-Петча.

Основний зміст роботи

1. Встановлено (на прикладі сплаву молібдену ЦМ-10 з розміром зерна 300-400 мкм), що при транскристалітному руйнуванні температурна залежність тріщиностійкості при переході з крихкого стану до пластичного має немонотонний характер і складається з двох ділянок: 1 - без субкритичного підростання; 2 - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом.

2. Проведеними розрахунками показано, що залежно від співвідношення с/с (c- довжина тріщини у вершині надрізу, с - радіус скругления вершини) змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури.

Встановлена різка (S- подібна) зміна концентрації напруг в вершині тріщини при с/с?1. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням тріщиностійкості, а потім відмічається її ріст, обумовлений триваючим зниженням границі плинності.

3. Визначено, що величина енергії активації процесу, що контролює температурну залежність тріщиностійкості, відповідає величині енергії активації руху дислокацій, оцінка якої проведена по температурній залежності границі плинності відповідно до підходу В.І.Трефілова та Ю.В.Мільмана.

4. Виявлено посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна при підвищенні температури. Це зумовлено залежністю величини співвідношення розмірів пластичної зони в вершині тріщини ry і зерна d від температури. При низьких температурах (ry/d<1) тріщиностійкість слабко залежить від розміру зерна. Різке посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна спостерігається при ry/ d?1.

5. Показано, що при інтеркристалітному характері руйнування, на відміну від транскристалітного, у вивченому діапазоні розмірів зерен і температур залежність тріщиностійкості сплаву МТ від розміру зерна відповідає вигляду рівняння Холла-Петча. Це обумовлено тим, що розмір пластичної зони істотно менше розміру зерна та ефект «торкання» пластичної зони границі зерна не має місця.

6. Зменшення розміру пластичної зони зумовлено зниженням дійсної поверхневої енергії руйнування при переході від транскристалітного руйнування до інтеркристалітного та, відповідно, рівня максимально можливих напруг у вершині тріщини.

7. Вперше встановлено, що в полікристалічному молібдені високої чистоти при кімнатній температурі зі зменшенням розміру зерна відбувається зміна механізмів руйнування послідовно від крихкого міжзеренного до руйнування транскристалітним відколом і далі до вязкого ямкового. Таким чином встановлено, що зменшення розміру зерна приводить не тільки до зменшення нижньої температурної границі інтервалу крихко-вязкого переходу, але й знижує верхню межу інтервалу холодноламкості.

8. Для підвищення механічних властивостей молібдену з концентраторами напруг (наведеними гострими тріщинами, внутрішніми дефектами матеріалу та ін.) запропонована релаксаційна обробка зразків (контрольоване навантаження при температурах вище 100 ОС до початку пластичної течії).

9. Встановлено, що в широкому діапазоні температур добуток К1CST є константою як для транскристалітного, так і для інтеркристалітного руйнування, причому (К1CST)транс> (К1CST)інтер. К1CST є константою тільки в області низьких температур, а при підвищенні температури випробування та появі тріщин розшарування має місце різке підвищення тріщиностійкості по механізму Гордона-Кука і добуток у вивченому діапазоні температур К1CST також зростає.

1. Баньковский О.И. Трещиностойкость молибденового листа при переходе из хрупкого состояния в пластичное / О.И. Баньковский, А.Д.Васильев, А.Ю. Коваль [и др.] // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1989. - С. 52-58.

2. Коваль А.Ю. Вязко-хрупкий переход в крупнозернистых сплавах Mo 4%Re и МЧВП / А.Ю Коваль., А.Н. Щербань., В.Ф., Моисеев [и др.] // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1989. - С. 58-68.

3. Коваль А.Ю. Температурная зависимость разрушающего напряжения в области хрупкого разрушения / А.Ю. Коваль, А.Н. Щербань., В.Ф. Моисеев [и др.] // Пробл. прочности. - 1991. - № 11. - С. 57-62.

4. Горная И.Д. Повышение пластичности молибдена за счет релаксации при разгрузке и повторной деформации / И.Д. Горная, А.Ю. Коваль, В.Ф. Моисеев // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1994. - С. 70-78.

5. Коваль А.Ю. Влияние релаксационной обработки на разрушение молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук // Пробл. прочности. - 1995. - №7. - С. 73-80.

6. Коваль А.Ю. Трещиностойкость предварительно деформированного молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук [и др.] // Металлофизика и новейшие технологии. - 1995. - Т.17, № 7. - С. 72-80.

7. Koval A.Yu. Fracture toughness of molybdenum sheet under brittle-ductile transition / A.Yu. Koval, A D. Vasilev, S.A Firstov // Int. j. of refractory metals & hard materials. - 1997. - Vol. 15. - P. 223-226.

8. Koval A.Yu. Cleavage: mechanism, nucleation and fracture toughness / A.Yu. Koval, A D. Vasilev, S.A Firstov // Recent advances in fracture. The minerals, metals & materials. - 1997. - P. 312-326.

9. Коваль А.Ю. Влияние наружных концентраторов напряжения на трещиностойкость молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук и др.] // Металлофизика и нов. технологии. - 1998. - Т. 20, № 6. - С. 74-80.

10. Коваль А.Ю. Структурная чувствительность вязко-хрупкого перехода в ОЦК-металлах / Коваль А.Ю., Вербило Д.Г., Подрезов Ю.Н.- К. ИПМ, 1998. - 36 с. - (Препринт / НАН Украины, Ин-т пробл. матеріал.; 98-7)

11. Коваль А.Ю. Влияние длины и остроты концентраторов напряжения на трещиностойкость молибдена / А.Ю. Коваль, С.А.Фирстов // Электроннаямикроскопия и прочность материалов. - 2006. - Вып. 13.- С. 177-182.

Размещено на .ru