Лябук Світлана Іванівна. Релаксація напружень в вакуумних конденсатах дисперснозміцнених композитів Ni та Cu

Краткое описание

Лябук Світлана Іванівна. Релаксація напружень в вакуумних конденсатах дисперснозміцнених композитів Ni та Cu : Дис... канд. наук: 05. . - 2004.

Лябук Світлана Іванівна. Релаксація напружень в вакуумних конденсатах дисперсно зміцнених композитів Ni та Cu. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2004.
Дисертацію присвячено розвитку фізичних уявлень про вплив структури вакуумних дисперснозміцнених композитів Ni та Cu з субмікрокристалічною основою та нанодисперсним зміцнювачем на кінетику релаксації напружень та розробці на їх основі шляхів підвищення релаксаційної стійкості вказаних матеріалів. Розвинуто методику вивчення кінетики релаксації напружень при використанні комп’ютерної обробки даних. На основі рентгенівської дифрактометрії та просвічувальної електронної мікроскопії атестовано структуру об’єктів дослідження. Встановлено та проаналізовано залежність відносної глибини релаксації (релаксаційної стійкості) від розмірів зерен, дисперсності зміцнювальної фази та складу композитів. Розвинуто модельні уявлення про процеси релаксації напружень у нанофазних композитах, згідно яких відносна глибина релаксації визначається адитивним вкладом трьох основних параметрів, пов’язаних з впливом границь зерен, міжфазних границь та різномасштабних дефектів кристалічної гратки. Вперше було показано, що коалесценція часток зміцнювальної фази при відпалі, що зумовлює закономірне зниження межі текучості, приводить до немонотонної зміни кінетичних характеристик релаксації унаслідок конкуруючого впливу міжфазних та зерномежевих джерел дислокацій. Вперше виявлений ефект зміцнення композитів при релаксації напружень, який пояснюється закріпленням дислокацій на частках зміцнювальної фази та вичерпанням дислокаційних джерел. Цей результат покладений в основу запропонованого методу значного підвищення релаксаційної стійкості композитів Ni та Cu шляхом повторних релаксацій на межі текучості і оформлений у вигляді патенту на винахід.

1. Проведено комплексне дослідження структури і фізико-механічних властивостей вакуумних конденсатів дисперснозміцнених композитів Ni-SiO, Ni-ZrO2, Ni-Al2O3з концентрацією оксидів від 0,1 об. % до 2 об. %. Ці матеріали з субмікрокристалічною основою (зерна ~ 0,5 мкм) та розподіленими наночастками аморфних оксидів розміром 4 10 нм суттєво перевищують рівень міцності відомих масивних дисперснозміцнених композитів і можуть бути порівняні з нанокристалічним нікелем. Так, значення межі текучості композитів Ni-0,4 об. % ZrO2досягають ~0,8 ГПа. Значення активаційного об’єму, отримані шляхом обробки релаксаційних кривих, корегують зі структурними параметрами композитів.
2. Встановлений та проаналізований зв’язок релаксаційних характеристик нанофазних композитів з дисперсністю зерен та часток. На прикладі гомогенних конденсатів Ni показано, що при зменшенні розміру зерен від 8 мкм до 0,9 мкм релаксаційна стійкість знижується у ~ 4,5 рази, за рахунок зростання густини висококутових границь зерен як джерел дислокацій, а також розвитку мікропористості. Встановлено, що згідно уявленням про природу дисперсного зміцнення, зростання зміцнювальних часток від ~5 нм до 45 нм (і міжчасткової відстані відповідно) при постійному складі супроводжується безперервним зниженням міцності (композити Сu-Мо). Однак, відносна глибина релаксації змінюється немонотонно після помітного зниження на кривій з’являється максимум, висота якого близька до вихідних значень. Цей новий результат свідчить про зерномежеву релаксацію напружень.
3. Показано, що на відміну від послідовного росту межі текучості вивчених композитів на основі нікелю, при збільшенні концентрації оксидів до 2 об. % спостерігається немонотонна зміна релаксаційної стійкості, мінімальні значення якої виявлено при складі ~ 0,5 - 1 об. %. Оскільки релаксація напружень визначається густиною рухомих дислокацій і величиною їх вільного пробігу, отримані результати зумовлюються конкуруючим впливом міжзеренних та між- фазних границь як джерел та стопорів рухомих дислокацій.
4. Встановлено, що при релаксації напружень в нанофазних композитах виникає суттєве зміцнення, яке пов’язане з закріпленням рухомих дислокацій на частках оксидів та вичерпанням дислокаційних джерел. Коефіцієнти зміцнення при релаксації у 1,5 2 рази перевищують коефіцієнти зміцнення при активному розтягненні. Цей новий результат свідчить про необхідність коректування експериментальних значень активаційного об’єму композитів.
5. Розвинуто уявлення про основні структурні параметри, що визначають кінетику релаксації напружень у дисперснозміцнених нанофазних композитах, згідно яких відносна глибина релаксації визначається адитивним впливом границь зерен, міжфазних границь та різномасштабних дефектів кристалічної гратки.
6. На основі виконаних досліджень розроблений ефективний спосіб значного підвищення (у 3 5 разів) релаксаційної стійкості нанофазних композитів та помітного збільшення межі текучості при збереженні пластичності, який являється окремим випадком відомого програмного зміцнення. Цей спосіб дозволяє отримувати об’єкти, які поєднують високу міцність та релаксаційну стійкість, що важливо для практичного використання нанофазних композитів.