УДК 669.539.620 Столяров В.В. (ИМАШ РАН, Москва)
Мухамедина Т.М. ( КарГТУ, Караганда)
Достаева А.М. (КарГТУ, Караганда)
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ С ТОКОМ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ СПЛАВОВ
Известно, что совместное действие пластической деформации и электрического тока большой плотности (~ 103А/мм2) приводит к снижению приложенных напряжений, называемому электропластическим эффектом (ЭПЭ) [1]. Феноменология ЭПЭ достаточно полно исследована в моно и крупнозернистых (КЗ) однофазных металлах. Однако ЭПЭ слабо изучен в современных материалах, например, ультрамелкозернистых (УМЗ) сплавах [2], а для аморфных сплавов эти сведения вообще отсутствуют. В работе делается попытка восполнить этот пробел демонстрацией экспериментальных данных, полученных при деформации растяжением в условиях введения импульсного тока в материалах с разной микроструктурой (аморфных, нанокристаллических), а также в сплавах, испытывающих мартенситные превращения в области комнатных температур.
Исследуемыми материалами были: технически чистый титан ВТ1-0, сплавы с памятью формы на основе TiNi в аустенитном (Ti49,3Ni50,7) и мартенситном (Ti50Ni50) состояниях, с КЗ (до 50 мкм), УМЗ (менее 1 мкм) и нанокристаллической (НК) (менее 100 нм) структурами. Кроме того, исследовались быстрозакаленные сплавы (БЗС) (Ti50Ni25Cu25, Fe78Si13B9) с аморфной структурой. Образцы сплавов подвергались растяжению без тока и с током в форме одиночных импульсов различной плотности j (100 – 1500 А/мм2) и длительности τ (100 - 1000 мкс) импульса.
Обнаружено, что в кристаллических сплавах при введении импульса тока на диаграммах растяжения появляются скачки напряжения вниз, связанные с ЭПЭ, (рис.1а, б). Например, в однофазном КЗ титане, амплитуда увеличивается в 4-5 раз с увеличением длительности импульса от 100 до 1000 мкс (рис.1а). В УМЗ титане при тех же параметрах тока скачки напряжения не регистрируются и наблюдаются только при t ≥ 1000 мкс (рис.1б). Амплитуда скачка чувствительна к структурному состоянию, она уменьшается с уменьшением размера зерен от 100-150 МПа в КЗ состоянии (рис.1а) до 25-50 МПа в УМЗ состоянии (рис.1б). Аналогичная тенденция в уменьшении величины ЭПЭ с уменьшением размера зерен наблюдается и в сплаве ВТ6 с двухфазной (α + β) структурой (рис.2а, б).
Особенностью влияния двухфазной структуры (не показано) является существенно меньшая величина ЭПЭ в сплаве ВТ6 по сравнению с чистым титаном.
рис.1 Кривые растяжения с током (j = 1500 А/мм2) в титане с КЗ (а) и УМЗ (б) структурами.
ЭПЭ в сплавах с фазовым превращением в области комнатных температур показан на рис.2. В КЗ сплаве Ti49.3Ni50.7 импульсный ток приводит к появлению скачков не только вниз, но и вверх (рис.2а, б). Другой особенностью для данного сплава является наличие на кривой растяжения области, в которой отсутствуют оба вида скачков напряжения, несмотря на введение одиночного импульса.
рис.2 Кривые растяжения в КЗ Ti49.3Ni50.7 , j=1500 А/мм2 (а) и j=3000 А/мм2 (б) и в НК Ti49.3Ni50.7, j=1500 А/мм2 (в)
В НК сплаве Ti49.3Ni50.7 вместо прыжков напряжения вниз, которые полностью исчезают, появляются прыжки вверх с уменьшающейся амплитудой с деформацией (рис.2в).
ЭПЭ в аморфном БЗС отсутствует (рис3а), однако он появляется после кристаллизационного отжига (рис.3б).
Таким образом, импульсный ток приводит к появлению на диаграмме растяжения скачков напряжения, связанных с проявлением электропластического эффекта или фазовым превращением. Амплитуда и направление скачков напряжения зависят от количества фаз, дисперсности микроструктуры, наличия мартенситных превращений в сплавах, а также режимов импульсного тока.
Рис.3 Кривые растяжения с током 600 A/мм2 в БЗС Ti50Ni25Cu25 до (а) и после (б) отжига
Литература
- Троицкий О.A., Баранов Ю.В., Авраамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технология, структура и свойства). в 2-х томах. Т. 1, Москва – Ижевск, Институт компьютерных технологий, 2004. 590 с.
- Stolyarov V.V., Electroplastic effect in nanostructured titanium alloys // Rev. Adv. Mater. Sci., 31 2012. Р.14-34.
Скачать: