Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии
The results of studies of the peculiarities of the mass-transfer and defect-forming in Cu under pulse shock compression and rolling by using a radioactive isotope (63Ni) and positron spectroscopy are presented. It is established that the pulse shock compression leads to the acceleration of the mass-...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1787 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии / В.Ф. Мазанко В.С., Михаленков, Е.А. Цапко, Е.И. Богданов, В.П. Бевз, С.П. Ворона // Доп. НАН України. — 2007. — N 5. — С. 92–96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859463160533090304 |
|---|---|
| author | Мазанко, В.Ф. Михаленков, В.С. Цапко, Е.А. Богданов, Е.И. Бевз, В.П. Ворона, С.П. |
| author_facet | Мазанко, В.Ф. Михаленков, В.С. Цапко, Е.А. Богданов, Е.И. Бевз, В.П. Ворона, С.П. |
| citation_txt | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии / В.Ф. Мазанко В.С., Михаленков, Е.А. Цапко, Е.И. Богданов, В.П. Бевз, С.П. Ворона // Доп. НАН України. — 2007. — N 5. — С. 92–96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | The results of studies of the peculiarities of the mass-transfer and defect-forming in Cu under pulse shock compression and rolling by using a radioactive isotope (63Ni) and positron spectroscopy are presented. It is established that the pulse shock compression leads to the acceleration of the mass-transfer. Under rolling, this effect was not observed. The mass-transfer coefficients and their dependence on the shock compression parameters are determined. It is shown that no vacancies are formed under the shock treatment. Therefore, they are not responsible for the mass-transfer acceleration.
|
| first_indexed | 2025-11-24T05:00:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
5 • 2007
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 539.219.3:53.09
© 2007
В.Ф. Мазанко, В.С. Михаленков, Е.А. Цапко, Е.И. Богданов,
В.П. Бевз, С. П. Ворона
Особенности дефектообразования при импульсном
ударном сжатии
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины Ю.Н. Ковалем)
The results of studies of the peculiarities of the mass-transfer and defect-forming in Cu under
pulse shock compression and rolling by using a radioactive isotope ( 63Ni) and positron spectro-
scopy are presented. It is established that the pulse shock compression leads to the acceleration
of the mass-transfer. Under rolling, this effect was not observed. The mass-transfer coefficients
and their dependence on the shock compression parameters are determined. It is shown that
no vacancies are formed under the shock treatment. Therefore, they are not responsible for the
mass-transfer acceleration.
Обнаружение эффекта ускоренного массопереноса в металлах при импульсном ударном
сжатии [1, 2] и сложности физической интерпретации экспериментальных результатов по-
требовали от исследователей более внимательного отношения к выяснению вопроса о при-
роде структурных дефектов, возникающих при указанной обработке. Эксперименты пока-
зали, что массоперенос при импульсном сжатии характеризуется чертами диффузионного
процесса, имеющего объемный характер.
Предположение о межузельном механизме массопереноса при указанном воздействии
вызвало много возражений, поскольку энергия образования этих дефектов очень высока,
а концентрация и время жизни очень малы. В то же время особенности вакансионного
механизма таковы, что он не может обеспечить наблюдаемые экспериментально глубины
проникновения атомов за времена 10−1–10−4 с. Механизмы образования при скоростной
пластической деформации как межузельных атомов, так и вакансий хорошо разработаны
и возможности их реализации не вызывают сомнений [3, 4]. Вопрос о природе дефектов,
образующихся при импульсном ударном сжатии, остается открытым и без ответа на него
описать механизм ускоренного массопереноса, на наш взгляд, невозможно. В связи с этим
в настоящей работе проведено исследование типа дефектов и их эволюции при различных
видах пластической деформации.
Методика эксперимента. В качестве объекта исследования была выбрана отожжен-
ная поликристаллическая медь марки МО чистотой 99,97%. Импульсное ударное сжатие
92 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №5
образцов падающим грузом проводили на специальной установке [5]. Параметры импульс-
ной обработки были следующие: длительность импульса τ ∼ 10−4 ÷ 10−3 с, температура —
комнатная, энергия удара E = 175÷710 Дж, скорость деформации (ε̇) при указанных пара-
метрах нагружения составляла ε̇ ∼ 102 с−1. Для изучения параметров массопереноса в этих
условиях нагружения использовали метод радиоактивных изотопов, в частности, изотоп
никеля 63Ni. Распределение изотопа в образце определили методом снятия слоев и автора-
диографии, оценку значений коэффициентов массопереноса — по методу П.Л. Грузина [6]
с учетом деформации образца в процессе импульсного нагружения [7].
Параллельно проводили исследование особенностей дефекто-образования методом по-
зитронной спектроскопии. Использование позитронной спектроскопии не случайно, так как
этот высокочувствительный метод широко применяется для диагностики дефектов вакан-
сионного типа [8]. Изучали дефектность металла непосредственно после импульсного нагру-
жения и эволюцию ансамбля дефектов в процессе последовательного ступенчатого отжига
образцов с повышением температуры от комнатной до 400 ◦C.
Кроме того, было предпринято сравнительное исследование дефекто-образования при
деформации прокаткой (ε̇ ≈ 10−1 с−1). Спектры угловой корреляции аннигиляционного
излучения (УКАИ) измеряли с помощью длиннощелевого спектрометра с угловым разреше-
нием 0,7 мрад в интервале углов от −35 до +20 мрад. Анализ спектров УКАИ производился
в представлении их как суперпозиции обращенной параболы и гауссового распределения:
I(θ) = Ip(O)
(
1 −
θ2
θ2
F
)
+ Ig(O) exp
(
−
θ2
2σ2
)
, (1)
где Ip(θ), Ig(θ) — соответственно интенсивности параболической и гауссовой кривых в пике
УКАИ; θF — фермиевский импульс; σ — дисперсия гауссианы, связанная с расстоянием rm,
на котором произведение волновых функций позитрона и электрона имеет максимум
rm =
√
3
~
mc
(
√
2σ)−1. (2)
Здесь ~ — постоянная Планка; m — масса электрона; c — скорость света. Основным ана-
лизируемым параметром служила приведенная площадь под параболической компонентой
SP /S, где S — полная площадь под спектром УКАИ. Разделение УКАИ на компоненты
производилось по методу, описанному в [9]. Известно, что увеличение концентрации де-
фектов, захватывающих позитроны, приводит к возрастанию SP /S до того момента, пока
дефектов не станет настолько много, что все позитроны будут аннигилировать только из
захваченного ими состояния, после чего возрастание SP /S прекращается. Для прокатной
меди этот момент наступает вблизи степени деформации, равной 0,25 [10].
Результаты и их обсуждение. Исследование процессов массопереноса в меди при
импульсном нагружении показало, что в результате скоростной пластической деформации
атомы радиоактивного изотопа 63Ni проникают за тысячные доли секунды в медь на мак-
роскопическую глубину, достигающую 10 мкм.
Из анализа представленной на рис. 1 концентрационной кривой C(x) следует, что рас-
пределение атомов никеля в поликристаллической меди описывается экспоненциальной за-
висимостью, свидетельствующей об объемном характере массопереноса. Это подтверждает
также линейный характер зависимости (см. рис. 1):
ln C = f(x2), где c =
Nn
Xn
.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №5 93
Рис. 1. Концентрационный профиль распределения 63
Ni в импульсно сжатой меди при комнатной темпера-
туре, скорость деформации ε̇ = 280 с−1
В этом случае общее выражение, описывающее концентрационное распределение никеля
в меди после импульсного нагружения, выглядит так:
C(x) =
C0
2
√
πDmτ
exp
(
−
x2
4Dmτ
)
. (3)
Здесь C0 — исходная концентрация изотопа; Dm — коэффициент массопереноса; τ — дли-
тельность процесса деформации.
Детальный анализ концентрационных профилей свидетельствует также о том, что в ин-
тервале остаточных деформаций 10–70% наблюдается (рис. 2) немонотонное увеличение
глубины проникновения никеля X в зависимости от удельной энергии импульсного нагру-
жения E/V (E — энергия импульсного воздействия; V — первоначальный объем образца)
от 3,7 до 9,5 мкм. Эта зависимость описывается в линейном приближении простой функ-
цией:
X = 3,807 + 0,008 ·
E
V
. (4)
Подобную форму имеет и зависимость X от степени пластической деформации меди.
В то же время при прохождении через медь плоской ударной волны (ε̇ ∼ 10−5 с−1) с ам-
плитудой 40 ГПа глубина проникновения 63Ni в медь в интервале деформаций от 20 до 48%
уменьшилась от 100 до 25 мкм [11].
Изучение вопроса о типе дефектов, образующихся при импульсном ударном сжатии
и прокатке проводилось, как отмечалось выше, методом позитронной спектроскопии. Ана-
лиз спектров УКАИ с позиции влияния на массоперенос степени пластической деформации
94 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №5
Рис. 2. Зависимость глубины проникновения атомов никеля от удельной энергии импульсного сжатия меди
и дефектов вакансионного типа, образующихся при импульсном ударном сжатии, показал
следующее. В пределах ошибки эксперимента значения для образцов, деформированных
ударом и прокаткой, укладываются на одну кривую. Этот факт свидетельствует об иден-
тичности постдефектов, формирующихся при указанных видах обработки.
Для проверки этого вывода образцы, деформированные прокаткой и ударом на 50%,
были подвергнуты ступенчатому изохронному (0,5 ч) отжигу в атмосфере аргона при по-
следовательно возрастающих температурах с шагом в 40 ◦С. После каждой ступени отжи-
га измерялся спектр УКАИ. Полученные спектры представлены на рис. 3, откуда следует,
что полученные зависимости носят сложный характер, однако температурные интервалы,
в которых наблюдаются основные особенности поведения SP /S, одинаковы для обоих ти-
пов деформации. При повышении температуры отжига обнаруживается несколько стадий
изменения SP /S. На первой стадии (до 100 ◦C) наблюдается уменьшение SP /S, объясняе-
мое обычно выходом свободных вакансий.
В связи с тем, что медь содержала примеси, часть неравновесных вакансий могла обра-
зовывать с ними связанные состояния. Этот эффект приводит к стабилизации вакансий и,
следовательно, к повышению температуры их вывода. В интервале температур 100–250 ◦С
виден максимум, природа которого пока остается неясной. Однако важно то, что он про-
является для обоих видов деформации, свидетельствуя об идентичности процессов, проис-
ходящих в металле.
Пик SP /S при 250 ◦C обусловлен, по-видимому, кластеризацией сохранившихся свя-
занных дислокаций. Образование вакансионных кластеров наблюдалось при отжиге облу-
ченной электронами меди [12]. Последующее падение объясняется рекристаллизацией, про-
исходящей при отжиге образцов, в процессе которой все дефекты, образовавшиеся при
деформации, исчезают, и их количество стремится к значению, характерному для хорошо
отожженной меди.
Некоторые различия в поведении SP /S при отжиге меди, деформированной ударом
и прокаткой, все же существуют. Так, в прокатанном образце на начальной стадии отжига
медленнее происходит выход вакансий и, как следствие, несколько выше пик, обусловлен-
ный их кластеризацией. С другой стороны, в образце, деформированном ударом, замедлена
рекристаллизация.
Таким образам, результаты представленные выше, свидетельствуют о том, что каких-ли-
бо принципиальных особенностей процесса образования вакансий при импульсной ударной
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №5 95
Рис. 3. Изменение параметра Sp/S в результате ступенчатого изохронного отжига для образцов меди после
импульсного сжатия (•) и деформированных прокаткой (◦)
обработке не наблюдается. Как следует из результатов, полученных методом позитронной
спектроскопии, образование вакансий при ударном нагружении и прокатке идет одинако-
во. В то же время в первом случае наблюдается ускоренный массоперенос на микроны
и десятки микрон за доли секунды, тогда как при прокатке этот эффект не наблюдает-
ся. Следовательно, вакансии не могут быть ответственными за аномальный массоперенос,
происходящий в металлах в условиях импульсной ударной обработки.
1. Лариков Л.Н., Фальченко В.М., Мазанко В.Ф. и др // Автомат. сварка. – 1974. – № 5. – С. 19.
2. Герцрикен Д.С., Мазанко В. Ф., Тышкевич В. М., Фальченко В. М., Массоперенос в металлах при
низких температурах в условиях внешних воздействий. – Киев: РИО ИМФ, 1999. – 435 с.
3. Немошкаленко В. В., Арсенюк В.В., Мазанко В.Ф. и др. Общие закономерности массопереноса при
различных видах импульсного нагружения // Доп. НАН України. – 2002. – № 10. – С. 76–79.
4. Миронов В.М., Мазанко В.Ф., Герцрикен Д.С., Филатов А.В. Массоперенос и фазообразование в
металлах при импульсных воздействиях. – Самара: Самарский ун-т, 2001. – 232 с.
5. А. С. 404508 СССР, МКИ В 23 К 20/00. Способ сварки давлением / А.И. Игнатенко, Г.К. Харченко.
Опубл. 14.12.73. Бюл. 44.
6. Грузин П.Л. Примение искусственных радиоактивных индикаторов для изучения процессов диффу-
зии и самодиффузии // ДАН СССР. – 1952. – 86, № 2. – С. 289–292.
7. Лариков Л.Н., Носарь А.И., Мазанко В.Ф., Фальченко В.М. Диффузия в твердом теле с учетом
изменения его размеров // Укр. физ. журн. – 1977. – № 9. – С. 1516–1519.
8. Михаленков В.С. Диагностика вакансионных кластеров в металлах методом электронно-позитронной
аннигиляции (обзор) // Металлофизика. – 1983. – 5, № 6. – С. 44–60.
9. Адаменко А.А., Дехтяр И.Я., Михаленков В. С. Влияние деформации на угловое распределение
аннигиляционных квантов в сплавах никеля и меди // Изд-во АН СССР. – 1967. – 173, № 6. –
С. 1291.
10. Михаленков В.С. Электрон-позитронная аннигиляция в металлах с несовершенной кристаллической
структурой: Автореф. дис. . . . д-ра физ.-мат. наук: 01.04.07 / Ин-т металлофиз. АН УССР. – Киев,
1981. – 45 с.
11. Зворыкин Л.О., Румянцев Б. В., Фальченко В.М., Филатов А.В. Влияние остаточной деформации
на массоперенос никеля в меди при прохождении ударных волн // Металлофизика. – 1987. – 9, № 4. –
С. 110.
12. Lengeler B., Mantl S., Triftshauser W. Interaction of hydrogen and vacancies in Cu investigated by position
annihilation // J. Phys. F: Metal Phys. – 1978. – 8, No 8. – P. 1691.
Поступило в редакцию 28.12.2006Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова
НАН Украины, Киев
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1787 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T05:00:50Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мазанко, В.Ф. Михаленков, В.С. Цапко, Е.А. Богданов, Е.И. Бевз, В.П. Ворона, С.П. 2008-09-02T17:27:53Z 2008-09-02T17:27:53Z 2007 Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии / В.Ф. Мазанко В.С., Михаленков, Е.А. Цапко, Е.И. Богданов, В.П. Бевз, С.П. Ворона // Доп. НАН України. — 2007. — N 5. — С. 92–96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1787 539.219.3:53.09 The results of studies of the peculiarities of the mass-transfer and defect-forming in Cu under pulse shock compression and rolling by using a radioactive isotope (63Ni) and positron spectroscopy are presented. It is established that the pulse shock compression leads to the acceleration of the mass-transfer. Under rolling, this effect was not observed. The mass-transfer coefficients and their dependence on the shock compression parameters are determined. It is shown that no vacancies are formed under the shock treatment. Therefore, they are not responsible for the mass-transfer acceleration. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Матеріалознавство Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии Мазанко, В.Ф. Михаленков, В.С. Цапко, Е.А. Богданов, Е.И. Бевз, В.П. Ворона, С.П. Матеріалознавство |
| title | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии |
| title_full | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии |
| title_fullStr | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии |
| title_full_unstemmed | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии |
| title_short | Особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии |
| title_sort | особенности дефектообразования при импульсном ударном сжатии |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1787 |
| work_keys_str_mv | AT mazankovf osobennostidefektoobrazovaniâpriimpulʹsnomudarnomsžatii AT mihalenkovvs osobennostidefektoobrazovaniâpriimpulʹsnomudarnomsžatii AT capkoea osobennostidefektoobrazovaniâpriimpulʹsnomudarnomsžatii AT bogdanovei osobennostidefektoobrazovaniâpriimpulʹsnomudarnomsžatii AT bevzvp osobennostidefektoobrazovaniâpriimpulʹsnomudarnomsžatii AT voronasp osobennostidefektoobrazovaniâpriimpulʹsnomudarnomsžatii |