WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 1 05;12 Влияние промежуточного воздействия всестороннего давления на высокотемпературную ползучесть и долговечность меди © А.И. Петров, М.В. Разуваева Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия e-mail: an.petrov@mail.ioffe.ru (Поступило в Редакцию 30 мая 2006 г.) Изучены закономерности промежуточного воздействия всестороннего сжатия на разных стадиях испытания меди в области высокотемпературной ползучести. Испытания, проведенные при постоянной величине растягивающего напряжения 12.5 MPa при 773 K, показали, что наложение давления на третьей стадии ползучести ведет к уменьшению скорости стационарной ползучести и росту времени до разрушения;

на стационарной стадии ползучести воздействие давления не сказывается. Выявлено, что при давлении до 1 GPa данный эффект связан только с залечиванием зернограничной пористости. При больших давлениях, помимо залечивания пор, вклад в изменение скорости стационарной ползучести связан со структурными изменениями.

PACS: 62.20.Hg Известно [1–3], что воздействие всестороннего давле- стоянном напряжении в течение 0.2-0.8 от времени ния ведет к залечиванию микроскопических пор и тре- до разрушения. После разгрузки и охлаждения образцы щин, образующихся по границам зерен при испытании подвергали воздействию давления при комнатной темметаллов и сплавов в условиях высокотемпературной пературе. Затем образцы медленно (в течение 4 h) наползучести. Процесс залечивания под давлением связан гревали до температуры испытания, нагружали при той с движением дислокаций от пор в тело зерна под же величине растягивающего напряжения и доводили до действием сдвиговых напряжений, возникающих у пор разрыва.

под давлением [4]. С ростом давления увеличивается Ранее было показано [3], что в области межзереннокак степень залечивания пор, так и плотность дисло- го разрушения при температуре испытания T = 773 K каций, испущенных порами [5]. С этой точки зрения зависимость скорости стационарной ползучести ss от обнаруженный ранее [2,6] эффект роста долговечности величины растягивающего напряжения в диапазоне изметаллов во время их испытаний в режиме ползучести менения от 10 до 75 MPa описывается степенной при T = 0.57Tm(K) за счет промежуточного (после раз- зависимостью.

грузки и охлаждения образцов до комнатной темпера- n ss = A, (1) туры) воздействия давления может быть связан как с уменьшением степени пористости по границам зерен, в которой A — постоянная, а n = 5.3 ± 0.1, т. е. близтак и с изменением плотности дислокаций в теле зерна, ка к 5.

либо с их перераспределением при повторном нагреве Изучение влияния промежуточного воздействия давобразца до температуры испытания. Настоящая работа ления на ползучесть и долговечность меди проводили была проведена с целью выявления причин наблюдаемопри постоянном напряжении 12.5 MPa; среднее время до го упрочнения.

разрушения t составило 36 h, разброс значений долгоf Исследование проводили на образцах Cu (99.9%), вечности —не более 10%. На рис. 1 и 2 представлены предварительно отожженных при температуре 800C данные по влиянию наложения давления P = 1GPa при в течение 10 h. Размер зерна после отжига соста- разных временах испытания на ползучесть t1, составвил 0.15 mm. Образцы имели форму двойной лопатки с ляющих 0.2, 0.5, 0.8 от времени до разрушения t. Из f объемом рабочей части 50 9 3.3 mm. Механические приведенных данных видно, что наложение давления на испытания образцов осуществлялись в режиме ползу- ранних стадиях испытания при t1 = 0.2t практически f чести при температуре 500C. Измерение степени по- не повлияло на ход кривой ползучести и суммарную ристости образцов, относительное разуплотнение / долговечность образца t1 + t2 (t2 — время жизни при после испытания проводили методом гидростатического повторном нагружении). В то же время промежуточная взвешивания (точность 10-4). Всестороннее давление обработка на поздних стадиях испытания при t1 = 0.до 1500 MPa создавали в канале бомбы высокого дав- и 0.8 от t привела к заметному снижению скорости f ления; средой, передающей давление, служило силико- деформирования и увеличению долговечности меди. Из новое масло, а при давлении больше P 700 MPa — приведенных на рис. 2 данных видно также, что при бензин Б-70. Для изучения влияния давления на дол- t1 0.5t скорость стационарной ползучести ss (миниf говечность и ползучесть образцы испытывали при по- мальное значение скорости ползучести) после воздейВлияние промежуточного воздействия всестороннего давления на высокотемпературную ползучесть... давления значения ss (кривая 1), как и относительное разуплотнение / (кривая 2), уменьшаются с ростом величины давления. Воздействие давления практически не повлияло на деформацию до разрыва при повторном нагружении и форму кривых ползучести: в координатах - t/t кривые ползучести, полученные после воздейf ствия различных по величине давлений практически совпадают. Последнее означает, что после наложения давления произведение скорости стационарной ползучести на время до разрушения постоянно.

Ранее [2] было показано, что промежуточная обработка давлением не влияет на кинетику накопления интегральной пористости по границам зерен и величину критической дилатации ( / 1.2 · 10-2), при достиРис. 1. Кривые ползучести меди при температуре 773 K при = 12.5 MPa после воздействия давления 1 GPa на разных стадиях испытания: 2 —0.2; 3 —0.5; 4 — 0.8 от времени до разрушения исходного (кривая 1) образца.

Рис. 3. Кривые ползучести меди при T = 773 K и = 12.5 MPa после промежуточного наложения различных по величине давлений: 1 — 0.1; 2 — 400; 3 — 1000;

4 — 1450 MPa. Образцы предварительно испытывали в течение t = 0.7 · t = 25 h.

f Рис. 2. Зависимость скорости ползучести меди от времени испытания. Обозначения те же, что на рис. 1.

ствия давления практически не зависит от величины предварительной деформации и скорости деформации, достигнутых к моменту наложения давления.

На рис. 3 и 4 представлены кривые ползучести и зависимость от времени скорости ползучести после воздействия различных по величине давлений в диапазоне от 0.1 до 1450 MPa. Давление прикладывали после испытания образцов в течение t1 = 0.7t = 25 h. Видно, f что с ростом давления увеличивается время до разрушения и уменьшается скорость стационарной ползучести.

Рис. 4. Зависимость скорости ползучести образцов меди от Из рис. 5 видно, что полученные после наложения времени испытания. Обозначения те же, что на рис. 3.

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 136 А.И. Петров, М.В. Разуваева полагать, что изменение скорости ползучести после воздействия давления связано только с залечиванием пористости.

Известно, что рост пористости по границам зерен в процессе высокотемпературной ползучести ведет к увеличению действующего напряжения [8]:

i = (1 - )-1, (2) где — доля площади сечения, занятая порами. Увеличение напряжения приводит к появлению третьей, ускоренной стадии ползучести. Скорость ползучести на этой стадии определяется как i = ss(1 - )-n. (3) Из данных предыдущей работы авторов [6] следует, что качественно значение возрастает в процессе ползучеРис. 5. Зависимость скорости стационарной ползучести (кристи и уменьшается при залечивании пор под давлением, вая 1) и относительного разуплотнения (кривая 2) от величины что свидетельствует в пользу предположения о связи давления. За единицу / принято значение разуплотнезалечивания пористости с ползучестью меди.

ния (0.5 · 10-2) для исходного образца, испытанного в течеДля подтверждения этого предположения было проние 25 h.

ведено сопоставление скорости стационарной ползу чести ss с величиной (1 - /), которая характеризует степень залечивания пористости под давленижении которой наступает разрушение образца. После обем (рис. 6). Экспериментальные точки, полученные работки давлением сохраняется также линейная зависипосле воздействия различных давлений, укладываются мость скорости накопления пористости от деформации.

на прямую, экстрополяция которой на (1 - /) =Полученные данные показывают, что промежуточ- (что соответствует полной степени залечивания) дает ное воздействие давления оказывает заметное влия- значение ss, практически совпадающее со значением ние на скорость стационарной ползучести. Уменьшение скорости стационарной ползучести, полученным для ss, в свою очередь, ведет к снижению скорости де- исходных образцов.

формации (рис. 4), уменьшению скорости накопления Таким образом, обнаружено, что уменьшение поринесплошностей по границам зерен [2] и росту долговеч- стости под действием всестороннего давления ведет ности образцов.

к обратимому уменьшению действующего напряжения Наблюдаемое изменение скорости стационарной пол- и стационарной скорости ползучести, а при полном зучести и долговечности меди может быть обусловле- залечивании пор материал должен возвратиться в исходное состояние, характеризуемое минимальным значено изменением структуры материала вследствие роста плотности дислокаций под действием давления и после- нием ss.

дующего нагрева до температуры испытания, либо оно связано только с залечиванием зернограничных пор и трещин.

Металлографический анализ образцов показал [6], что в процессе ползучести размер зерна D сохраняется постоянным. Промежуточная обработка давлением также не оказывает влияние на величину D. Электронномикроскопическое исследование образцов меди, испытанных до разрыва при 12.5 MPa как без, так и после промежуточной (t1 = 0.5t ) обработки давлением 1 GPa f показало [6], что дислокационная структура в обоих случаях качественно подобна и состоит из блоков с сильно размытыми границами. Субзеренная структура, как и в [7], при данных условиях испытания не наблюдается.

Был сделан вывод, что промежуточная обработка давлением не оказывает заметного влияния на плотность и распределение дислокаций. Следовательно, избыточные дислокации, образовавшиеся при залечивании пор под Рис. 6. Зависимость скорости стационарной ползучести образдавлением полностью отжигаются. Это дает основание цов меди от степени залечивания пористости под давлением.

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. Влияние промежуточного воздействия всестороннего давления на высокотемпературную ползучесть... Сделанное заключение о связи залечивания пор [7] Staker M.R., Holt D.L. // Acta Metall. 1972. Vol. 20. P. 569– 579.

со скоростью стационарной ползучести, как видно [8] Dyson B.F., Verma A.K. et al. // Acta Metall. 1981. Vol. 29.

из рис. 6, справедливо до 1000 MPa. При давлении P. 1573–1580.

1450 MPa сравнительно небольшое, по сравнению с [9] Kassner M.T. // Acta Materiala. 2004. Vol. 52. P. 1–9.

P = 1000 MPa, уменьшение пористости (рис. 5) приводит к заметно большему, чем это следует из зависимости ss - (1 - /), уменьшению скорости стационарной ползучести (рис. 6). Это дает основание полагать, что после воздействия давления 1450 MPa уменьшение ss обусловлено не только залечиванием пор, но и изменением дислокационной структуры. Из данных рис. следует, что предполагаемое изменение структуры меди может привести к двукратному изменению скорости стационарной ползучести (1.3-0.6) · 10-7 s-1.

Согласно [9], для чистых металлов при T 0.6Tm(K) и n = 5 скорость стационарной ползучести при постоянном напряжении пропорциональна плотности подвижных дислокаций m = fm ( — общая плотность дислокаций, не связанная с границами субзерен, f — m доля подвижных дислокаций). С этой точки зрения изменение скорости ползучести (1.3-0.6) · 10-7 s-1 при неизменной плотности дислокаций может быть связано с уменьшением в 2 раза доли подвижных дислокаций, либо при f = const с уменьшением в 2 раза m общей плотности дислокаций. Возможно также, что после воздействия давления величины и f меняются m одновременно.

Таким образом, анализ данных по влиянию промежуточного воздействия давления на высокотемпературную ползучесть меди показал, что скорость деформации и накопление пор и трещин по границам зерен являются обратимыми. Наблюдаемое с ростом давления уменьшение скорости стационарной ползучести коррелирует с уменьшением в условиях всестороннего сжатия зернограничной пористости таким образом, что при полном их залечивании материал возвращается в исходное состояние. При давлении свыше 1000 MPa вклад в изменение скорости ползучести меди помимо залечивания пористости могут внести структурные изменения, вызванные действием давления и последующим нагревом.

Авторы выражают признательность Г.А. Малыгину за обсуждение результатов и ценные замечания.

Список литературы [1] Кутсар А.Р., Шалимова А.В. // ФММ. 1972. Т. 33. № 6.

С. 1322–1324.

[2] Бетехтин В.И., Петров А.И., Кадомцев А.Г. и др. // ФММ.

1990. Т. 51. № 5. С. 175–180.

[3] Sklenicka V., Kucharova K. et al. // Scripta Metallurgica. 1991.

Vol. 25. P. 2159–2164.

[4] Гегузин Я.Е., Кононенко В.Г. // ФТТ. 1973. Т. 15. С. 3550– 3557.

[5] Петров А.И., Разуваева М.В. // ЖТФ. 2002. Т. 72. Вып. 8.

С. 130–132.

[6] Sklenicka V., Kucharova K. et al. // Kovove materially.

Bratislava. 1988. Vol. 5. N 26. P. 515–533.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.