Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты

Исследовано влияние предварительной термообработки на предел микротекучести и поведение в области микродеформаций бериллия высокой чистоты. Установлено, что значения предела микротекучести и коэффициента деформационного упрочнения бериллия высокой чистоты после термоциклической обработки (ТЦО 293↔87...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2002
Автор:	Иванцов, В.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2002
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Чистые материалы и вакуумные технологии
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79496
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты / В.И. Иванцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 40-43. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-79496
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-794962015-04-03T03:02:03Z Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты Иванцов, В.И. Чистые материалы и вакуумные технологии Исследовано влияние предварительной термообработки на предел микротекучести и поведение в области микродеформаций бериллия высокой чистоты. Установлено, что значения предела микротекучести и коэффициента деформационного упрочнения бериллия высокой чистоты после термоциклической обработки (ТЦО 293↔873 К) значительно повышаются, что связано с релаксацией термических микронапряжений путем двойникования и ускорением процессов старения при ТЦО. Досліджено вплив попередньої термообробки на межу мікротечії і поведінку в області мікродеформацій берилію високої чистоти. Встановлено, що значення межі мікротечії і коефіцієнта деформаційного зміцнення берилію високої чистоти після термоциклічної обробки (ТЦО 293 ↔ 873 К) значно підвищуються, що пов'язано з релаксацією термічних мікронапружень шляхом двійникування і прискоренням процесів старіння при ТЦО. The preliminary heat treatment and thermocycling effects on microplasticity characteristics and the behavior in the microplasticity area of high purity beryllium were study. It was established, that significance of micro yield stress and deformation hardening coefficient of high purity beryllium after thermocycling treatment (TC 293 ↔ 873 К) considerably rise, which was related to relaxation of thermal microstresses by way of twinning and acceleration of aging processes attached to TC. 2002 Article Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты / В.И. Иванцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 40-43. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79496 669.725.017:539.374 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Чистые материалы и вакуумные технологии Чистые материалы и вакуумные технологии
spellingShingle	Чистые материалы и вакуумные технологии Чистые материалы и вакуумные технологии Иванцов, В.И. Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты Вопросы атомной науки и техники
description	Исследовано влияние предварительной термообработки на предел микротекучести и поведение в области микродеформаций бериллия высокой чистоты. Установлено, что значения предела микротекучести и коэффициента деформационного упрочнения бериллия высокой чистоты после термоциклической обработки (ТЦО 293↔873 К) значительно повышаются, что связано с релаксацией термических микронапряжений путем двойникования и ускорением процессов старения при ТЦО.
format	Article
author	Иванцов, В.И.
author_facet	Иванцов, В.И.
author_sort	Иванцов, В.И.
title	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты
title_short	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты
title_full	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты
title_fullStr	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты
title_full_unstemmed	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты
title_sort	влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2002
topic_facet	Чистые материалы и вакуумные технологии
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79496
citation_txt	Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты / В.И. Иванцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 40-43. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT ivancovvi vliânietermoobrabotkinamikroplastičeskoepovedeniâberilliâvysokojčistoty
first_indexed	2025-07-06T03:31:38Z
last_indexed	2025-07-06T03:31:38Z
_version_	1836866809955876864
fulltext	УДК 669.725.017:539.374 ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА МИКРОПЛАСТИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ БЕРИЛЛИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ В. И. Иванцов Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г.Харьков, Украина, E-mail: nsc@kipt.kharkov.ua; Fax:(0572) 35-16-88; Tel: 35-60-32 Досліджено вплив попередньої термообробки на межу мікротечії і поведінку в області мікродеформацій берилію високої чистоти. Встановлено, що значення межі мікротечії і коефіцієнта деформаційного зміцнення берилію високої чистоти після термоциклічної обробки (ТЦО 293873 К) значно підвищуються, що пов'язано з релаксацією термічних мікронапружень шляхом двійникування і прискоренням процесів старіння при ТЦО. Исследовано влияние предварительной термообработки на предел микротекучести и поведение в области микродеформаций бериллия высокой чистоты. Установлено, что значения предела микротекучести и коэф- фициента деформационного упрочнения бериллия высокой чистоты после термоциклической обработки (ТЦО 293873 К) значительно повышаются, что связано с релаксацией термических микронапряжений пу- тем двойникования и ускорением процессов старения при ТЦО. The preliminary heat treatment and thermocycling effects on microplasticity characteristics and the behavior in the microplasticity area of high purity beryllium were study. It was established, that significance of micro yield stress and deformation hardening coefficient of high purity beryllium after thermocycling treatment (TC 293873 К) con- siderably rise, which was related to relaxation of thermal microstresses by way of twinning and acceleration of aging processes attached to TC. Введение Выбор конструкционных материалов для высо- коточных изделий невозможен без детального ис- следования зависимости характеристик сопротивле- ния микропластическим деформациям от структур- ных факторов и от режимов предварительных тер- мообработок. Как известно, структурные изменения, практически не оказывающие влияния на прочност- ные свойства (σ B , σ 0 2, ), в ряде случаев приводят к значительным изменениям характеристик сопротив- ления микропластическим деформациям. Поэтому микропластические характеристики, определяющие способность материалов противостоять микроде- формациям при действии нагрузок, приобретают важное значение при оценке их свойств. Это особен- но актуально для деталей оптического назначения. К ним предъявляется определенная совокупность спе- циальных требований: максимальная плотность (беспористость), ограниченное содержание и дис- персное состояние окиси бериллия, мелкокристал- лическая структура, высокая однородность и изо- тропность физико-механических свойств. Особый интерес представляют исследования влияния ТЦО на микропластическое поведение раз- личных сортов бериллия, полученных как по порош- ковой, так и по литейной технологиям. Необходимость изучения поведения бериллия при термоциклировании вызвана следующими об- стоятельствами: − отсутствием информации об изменении структуры и свойств бериллия при различ- ных условиях термоциклирования; − уточнение возможности снижения уровня внутренних напряжений после небольшого числа циклов. Оба обстоятельства имеют большое практическое значение: первое - потому, что в реальных изделиях атомной и космической техники возникают значи- тельные регулярно меняющиеся термоциклы; второе - вследствие того, что размерная стабильность мо- жет быть обеспечена только при условии полного прекращения релаксации внутренних напряжений. Поэтому необходим поиск режимов оптимальных обработок для снятия внутренних напряжений в бе- риллии. Известно, что в бериллии, как и в других метал- лах с ГПУ-структурой при изменении температуры образуются значительные микронапряжения, являю- щиеся следствием анизотропии теплового расшире- ния зерен. В литературе влияние теплосмен на свой- ства металлов ранее рассматривалось чаще в связи с их формоизменением и термической усталостью [1- 3]. Более детальные исследования [4-6] показали, что путем термоциклирования можно повышать ре- лаксационную стойкость горячепрессованного бе- риллия и изделий из него. 40 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.40-43. mailto:nsc@kipt.kharkov.ua; Техника эксперимента Для исследования прецизионных характеристик в данной работе использована машина для испыта- ния микрообразцов при статическом растяжении конструкции ННЦ ХФТИ. В качестве силоизмерите- ля применяли упругий цилиндрический элемент с тензорезисторной системой измерения нагрузки. Для измерения деформации образцов использовали тензодатчики сопротивления с базой 20 мм, равной длине рабочей части образцов. Погрешность опреде- ления нагрузки не превышала ±1%, деформации ε = ±2·10-7 единиц относительной деформации (е.о.д.). Скорость перемещения захватов составляла ∼5.4·10- 6с-1. В настоящей работе для экспериментов исполь- зовали бериллий, полученный по литейной техноло- гии. Процесс получения готовых слитков заключал- ся в переплаве дистиллированного металла в тигле из окиси бериллия в атмосфере аргона и последую- щем донным разливом в изложницу. Полученные слитки имели усадочные раковины, трещины по гра- ницам зерен и другие дефекты. Для их исключения проводили переплав слитка и его направленную кристаллизацию в изложнице. В результате получа- ли бездефектный слиток с низким содержанием оки- си бериллия и других включений (табл.1). Для получения мелкозернистой структуры вы- плавленный крупнозернистый слиток диаметром 50 мм подвергали программированной разнонаправ- ленной деформации в условиях квазивсестороннего сжатия [7]. Затем слиток был прокатан при 673...973 К в лист толщиной 2,5 мм. Размер зерна у образцов в исходном состоянии составлял ~30 мкм. По данным рентгенографического анализа после де- формации по использованной программе структура бериллия была квазиизотропна. После прокатки воз- никала слабая текстура, при которой плоскость ба- зиса была параллельна плоскости прокатки [8]. Образцы для исследования микропластичности вырезали электроискровым способом вдоль направ- ления прокатки. Их размеры: длина рабочей части 20 мм, поперечное сечение 3…3.5 мм2. Данное соот- ношение размеров плоских образцов удовлетворяет ГОСТ 1497-73 и условиям обеспечения высокой чувствительности по деформации при использова- нии тензорезисторов с соответствующей базой. В экспериментах определяли следующие величи- ны, характеризующие поведение материалов в обла- сти микродеформаций (10-7…10-3 е.о.д.) [9]: − предел микротекучести σ A - напряжение, при котором наблюдается первая остаточная деформация ε =2×10-7 е.о.д.; − остаточную деформацию ε после каждого цикла нагрузки образца. Термоциклическую обработку бериллия прово- дили в интервале температур 293873 К (масляная ванна) и 77873 К (жидкий азот). Количество цик- лов теплосмен равнялось 5. Скорость изменения температуры составляла около 30 град/с. Часть об- разцов подвергали старению на воздухе при темпе- ратурах 923 К (2 ч) и 993 К (0,5 ч). Электронно-микроскопические исследования проводили на электронном микроскопе TESLA-BS- 613 методом тонких фольг “на просвет”, а оптиче- ской микроскопии - на микроскопе МИМ-8М. Результаты Результаты исследования влияния термообрабо- ток на микропластичность литого прокатанного бе- риллия представлены в табл.2 и рис.1. Из табл.2 видно, что термоциклическая обработка литого про- катанного бериллия как в интервале 77873 К, так и 293873 К приводит к повышению предела ми- кротекучести и напряжения микротечения по срав- нению с исходным состоянием металла при соответ- ствующих остаточных деформациях. Наблюдается и рост коэффициента деформационного упрочнения на начальной стадии микротечения (до деформаций ∼3·10-6). При этом следует отметить, что увеличение интервала циклирования в результате уменьшения нижней температуры цикла с 293 К (масляная ван- на) до 77 К (жидкий азот) не приводит к существен- ным изменениям σА и напряжения микротечения в области деформаций до 10-4 е.о.д. Таблица 1 Содержание примесей в дистиллированном литом бериллии Примеси Mg Al Si Ti Ca Cr Mn Fe Ni Cu Mo C BeO Содержание мас.%, 10-4 5 10 10 10 10 10 2 1 10 1 10 250 10 Таблица 2 Влияние термообработки на микропластичность литого прокатанного бериллия Режим термообработки σА, МПа σ, МПа при ε=1·10-6 при ε=1·10-5 при ε=2,5·10-5 Исходное состояние 52,4 61 117 168 Отжиг 993 К, 0.5 ч 36,3 51 80 97 Отжиг 923 К, 2 ч 76,8 108 164 198 ТЦО 77873 К, 5 циклов 94,8 105 153 186 ТЦО 293873 К, 5 циклов 90,6 112 150 176 41 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.40-43. Отжиг 923 К, 2 ч + ТЦО 293 873 К, 5 циклов 107,2 137 182 206 Рис.1. Зависимость напряжения микротечения σ от остаточной деформации ε литого прокатанного бериллия для различных условий предварительной термообработки. 1 - отжиг 993 К, 0.5 ч; 2 - исходное состояние; 3 - ТЦО 293873 К, 5 циклов; 4 - ТЦО 77873 К, 5 циклов; 5 - отжиг 923 К, 2 ч; 6 - ТЦО 293873 К, 5 циклов + отжиг 923 К, 2 ч Наблюдаемое после ТЦО повышение предела микротекучести и коэффициента деформационного упрочнения на начальной стадии микротечения ис- следуемого сорта бериллия, возможно, связано с ре- лаксацией термических микронапряжений путем двойникования [2,3]. Как показали исследования микроструктуры, у бериллия в исходном состоянии наблюдаются остаточные внутренние напряжения около включений на границах зерен, которые прояв- ляются в виде экстинкционных контуров (стрелка на рис.2). Кроме того, необходимо учитывать возможность ускорения процессов старения бериллия при термо- циклировании [4,6]. Это подтверждается сходным характером зависимости σ(ε) для термоциклирован- ных и состаренных образцов (см. рис.1, графики 4 и 6). Старение термоциклированных (293873 К, 5 циклов) образцов литого прокатанного бериллия при 923 К (2 ч) повышает предел микротекучести более чем в 2 раза по сравнению с исходным состоя- нием. Возрастают и значения напряжения микро- течения при соответствующих остаточных де-фор- мациях. Природа повышения сопротивления ми- кропластическим деформациям после старения свя- зана с выделением дисперсных фаз из твердого раствора. На степень увеличения характеристик ми- кропластичности бериллия при старении (923 К, 2 ч) оказывает влияние и дисперсность этих выделений. Последовательное применение термоциклической обработки и старения приводит к снижению уровня внутренних микронапряжений и прохождению про- цессов выделения дисперсных фаз из твердого раствора в полном объеме, чем и объясняются мак- симальные значения характеристик микропластич- ности у образцов литого прокатанного бериллия. Рис. 2. Микроструктура бериллия в исходном со- стоянии.× 8000 Предложенный механизм упрочнения при ТЦО подтверждается и характером влияния отжига при повышенных температурах на микропластичность металла. Отжиг (993 К, 0,5 ч) приводит к пониже- нию как предела микротекучести и напряжения ми- 42 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.40-43. 0 5 10 15 20 50 100 150 200 1 2 3 4 5 6 σ , МПа ε , 1 0 − 6 кротечения, так и коэффициента деформационного упрочнения на ранних стадиях микротечения. Про- цесс обратного растворения выделений при отжиге проявляется в снижении предела микротекучести бериллия в 1,4 раза по сравнению с исходным состо- янием. Наблюдается и снижение значений напряже- ния микротечения при соответствующих остаточ- ных деформациях. Анализ полученных результатов позволяет предположить, что значения характеристик ми- кропластичности бериллия в исходном состоянии определяются уровнем термических микронапряже- ний, возникающих вследствие анизотропии теплово- го расширения зерен и образующихся при охлажде- нии от температур прокатки [3,10]. Известно, что термические микронапряжения, возникающие при резком изменении температур, взаимодействуют с внутренними микронапряжения- ми, релаксация которых обуславливает внутренние деформации в металле [3]. Поэтому наблюдаемое повышение сопротивления микропластическим де- формациям после ТЦО связано, главным образом, с протекающими при теплосменах процессами уско- ренной релаксации микронапряжений в перенапря- женных микрообъемах. При этом подвижность дис- локаций в объеме зерен контролируется содержани- ем и распределением дефектов в кристаллической решетке. Таким образом, можно заключить, что поведение литого прокатанного бериллия в области микроде- формаций в значительной мере определяется усло- виями предварительной термообработки. Используя термоциклическую обработку и старение, возможно получение высоких значений предела микротекуче- сти σ A бериллия при низком уровне внутренних напряжений. Хотя при термообработке используют- ся относительно высокие значения температур, что может привести к образованию остаточных внутрен- них напряжений, однако применение последующей термоциклической обработки приводит к релакса- ции этих напряжений. В процессе термоциклирова- ния происходит перераспределение дислокаций и образование более стабильной структуры с меньшей плотностью дислокаций в скоплениях и с более вы- прямленными дислокационными петлями и мень- шим количеством порогов на дислокациях. Вместе с тем одновременно понижается уровень микронапря- жений в металле. В результате повышается сопро- тивление металла микропластическим деформациям при кратковременных и длительных испытаниях. Выводы 1. Исследовано влияние предварительной термо- обработки на микропластические характеристики и поведение в области микродеформаций литого про- катанного бериллия. 2. Отжиг 923 К, 2 ч и термоциклическая обра- ботка (ТЦО 293873 К, 5 циклов) дистиллирован- ного бериллия значительно повышает значения ха- рактеристик микропластичности и коэффициента деформационного упрочнения в области микротече- ния. 3. Повышение значений предела микротекучести σА и коэффициента деформационного упрочнения связано с релаксацией термических микронапряже- ний путем двойникования и ускорением процессов старения при ТЦО. Данная работа выполнена при поддержке фонда CRDF. Литература 1. И.Н. Давиденко, В.А. Лихачев. Необратимое формоизменение металлов при циклическом тепловом воздействии. М.: «Машиздат», 1962, 224 с. 2. B.J. Verkin, F.F. Lavrentiev, J.S. Braude et. al.. Influence of Low-Temperature Thermocycling on Anisotropy of the Structural State of Com- mercial Purity Beryllium // Cryst. Res. Technol. 1984, v. 19, № 11, p. 1477-1482. 3. Г.А. Малыгин, В.А. Лихачев. Роль анизотро- пии теплового расширения и тепловых ми- кронапряжений // Зав. лаб. 1966, № 3, с. 335- 347. 4. М.Л. Хенкин, И.Х. Локшин. Размерная ста- бильность металлов и сплавов в точном ма- шиностроении и приборостроении. М.: «Ма- шиностроение», 1974, 256 с. 5. Е.Ф. Дударев, Е.Е. Дерюгин. Микропластиче- ская деформация и предел текучести поли- кристаллов // Изв. вузов. Физика. 1982, № 6, с. 43-55. 6. И.Х. Локшин, М.Л. Хенкин, И.К. Левина. Из- менение сопротивления микропластическим деформациям бериллия при старении // Ми- ТОМ. 1972, № 3, с. 54-55. 7. И.И. Папиров, Г.Ф. Тихинский. Структура и механические свойства мелкозернистого де- формированного бериллия // ФММ. 1970, т.29, вып. 5, с. 1057-1060. 8. И.И. Папиров, Г.Ф. Тихинский. Физическое металловедение бериллия. М.: «Атомиздат», 1968, с. 303-362. 9. Н. Браун. Наблюдения микропластичности. Микропластичность / Перев. с англ. М.: «Ме- таллургия», 1972, с. 37-61. 10. W.R. Goygin. Beryllium comes into its own // Opt. Spectra. 1971, April, p.116-125. 43 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.40-43. В. И. Иванцов Техника эксперимента Влияние термообработки на микропластичность литого прокатанного бериллия

Влияние термообработки на микропластическое поведения бериллия высокой чистоты

Репозитарії

Схожі ресурси