ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические схемы и режимы интенсивной пластической деформации из "Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией" В этой главе будут рассмотрены вопросы реализации основных методов ИПД, их схемы и оптимальные режимы, а также представлены данные по эволюции исходной микроструктуры в ходе формирования наноструктурного состояния при интенсивных деформациях. [c.9] К числу основных методов, с помощью которых были достигнуты большие деформации с истинными степенями, равными 10 и более, без разрущения образцов, относятся кручение под высоким давлением (рис. 1.1а) и РКУ-прессование (рис. 1.1 ). Ниже эти методы обсуждаются более подробно. [c.10] Деформация кручением под высоким давлением. Установки, в которых деформация кручением была проведена под высоким давлением, впервые были использованы в работах [20, 21]. Их конструкция является развитием известной идеи наковальни Бриджмена [22]. В первых работах эти установки были использованы для исследования фазовых превращений в условиях интенсивных деформаций [20], а также таучения эволюции структуры и изменения температуры рекристаллизации после больших деформаций [23]. Новым и принципиально важным моментом явились доказательства формирования наноструктур с неравновесными большеугловыми границами зерен при использовании интенсивной деформации кручением [3, 8, 12], что позволило рассматривать этот метод как новый способ получения наноструктурных материалов. [c.10] Рассмотрим вначале механические аспекты интенсивной деформации кручением. При деформации кручением под высоким давлением (рис. 1.1а) полученные образцы имеют форму дисков. [c.10] Данная формула аналогична соотношению, используемому при расчетах истинной степени деформации образцов, подвергнутых растяжению. Однако если в случае растяжения эта формула имеет физическое обоснование, то оно отсутствует в случае кручения. В частности, согласно этому соотношению, при кручении под давлением логарифмическая степень деформации по периметру типичных образцов диаметром 20 мм и толщиной 1 мм составляет 6, а по периметру образцов диаметром 10 мм и толщиной 0,2 мм — 7. В то же время в центре этих образцов она равна нулю. Между тем, как показывают результаты многочисленных исследований, в ходе реализации данной схемы ИПД в центральной части образцов после нескольких оборотов структура также измельчается и является обычно однородной по радиусу образцов. Это подтверждается и результатами обнаружения близких значений микротвердости в различных точках как в центре, так и на периферии деформированных образцов. [c.11] Относительно уравнения (1.2) справедливы два замечания [24] 1) расчеты с помощью данного уравнения приводят к выводу о том, что величина деформации должна изменяться линейно от нуля в центре образца до максимального значения на концах его диаметра, однако на самом деле это, как отмечалось вьш1е, экспериментально часто не наблюдается 2) в процессе деформации исходная толщина образца под воздействием высокого сжимающего давления уменьшается примерно в 2 раза, поэтому использование, как это обычно делается, в качестве I исходной толщины образца занижает рассчитанные значения величины деформации по сравнению с истинными значениями. [c.12] Оба этих замечания свидетельствуют, что величины деформации, рассчитанные с помощью указанных выше уравнений, лишь примерно равны реальным степеням деформации. Более того, формирование наноструктуры при ИПД происходит под действием не только внешних, но и внутренних напряжений (см. 1.2). Вместе с тем, между величиной последних и истинными деформациями нет жесткой связи. Подтверждением этого является формирование обычно однородной структуры по диаметру образцов, подвергнутых ИПД кручением, хотя в соответствии с выражениями (1.1) и (1.2) в центре образцов не должно происходить существенного измельчения микроструктуры. В связи с этим при исследовании процессов эволюции микроструктуры в ходе ИПД кручением часто более правильно рассматривать число оборотов, а не величину деформации, рассчитанную с помощью аналитических выражений. Это положение становится особенно важным при обработке труднодеформируемых или хрупких материалов, где возможно проскальзывание между бойками и образцом или растрескивание последнего. Для их устранения необходимо повьппение приложенного давления, но это создает дополнительные технологические трудности в подборе более прочного материала бойков, оптимизации конструкции оснастки. [c.12] Полученные ИПД кручением образцы имеют форму обычных дисков размером от 10 до 20 мм и толщиной 0,2-0,5 мм. Существенное измельчение структуры наблюдается уже после деформирования на пол-оборота [24], но для создания однородной наноструктуры требуется, как правило, деформация в несколько оборотов. [c.12] В качестве иллюстрации приведем пример компактирования ИПД кручением полученного в шаровой мельнице наноструктурного порошка N [26]. Проведенные исследования показали, что плотность полученных образцов близка к 95% от теоретической плотности массивного крупнокристаллического N1. При этом в образцах отсутствовала видимая в просвечивающем электронном микроскопе пористость и был очень малый средний размер зерен, равный примерно 17нм, а, следовательно, границы зерен занимали относительно большой объем. Авторы предполагают, что данные образцы демонстрируют снижение теоретической плотности в связи с тем, что границы зерен в материалах с очень малым размером зерен и сильными искажениями кристаллической решетки обладают пониженной атомной плотностью (см. также гл. 2). [c.13] Примечательным является также тот факт, что микротвердость образцов N1, полученных методом консолидации ИПД, составила 8,60 0,17 ГПа. Данное значение является самым высоким значением микротвердости, упоминавшимся в литературе для нано-кристалличе ского N1. [c.13] Здесь Р — приложенное давление, У — напряжение течения деформируемого материала. [c.14] Из последнего соотношения следует, что при наиболее часто используемых углах V = 90° и = 20° каждалй проход соответствует добавочной степени деформации, примерно равной 1. [c.15] Б процессе РКУ-прессования для структурообразования весьма важными являются направление и число проходов заготовки через каналы. В работах [32,33, 40-46] были рассмотрены различные маршруты заготовок (рис. 1.3) ориентация заготовки остается неизменной при каждом проходе (маршрут А)] после каждого прохода заготовка поворачивается вокруг своей продольной оси на угол 90° (маршрут В) после каждого прохода заготовка поворачивается вокруг своей продольной оси на угол 180° (маршрут С). [c.15] Данные маршруты различаются направлениями сдвига при повторных проходах заготовки через пересекающиеся каналы и приводят к формоизменению сферической ячейки в теле заготовки в ходе РКУ прессования. [c.15] В ходе первого прохода в результате простого сдвига при РКУ-прессовании в месте пересечения каналов ячейка приобретает форму эллипсоида (рис. 1.4а). [c.15] Повторный проход при маршруте В приводит к изменению направления сдвига при этом плоскость сдвига поворачивается на угол 120° (при 2(р = 90°) (рис. 1.56) [43]. [c.15] Использование всех трех маршрутов приводит к быстрому росту пределов текучести и прочности обрабатываемого материала, которые уже после нескольких проходов достигают насыщения [39]. [c.16] В работе [35] показано, что первые три цикла деформирования образцов Си и Ni РКУ-прессованием приводят к росту усилия деформации. Далее наступает установившаяся стадия упрочнения и усилие практически не изменяется. [c.16] Вернуться к основной статье