Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония
Изучено изменение структуры относительного электросопротивления и микротвердости циркония в процессе интенсивной пластической деформации при комнатной температуре и при температуре 77 К. Обнаружены значительный рост микротвердости и уменьшение относительного электросопротивления при низкотемпературн...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69146 |
| 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: | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония / А.Н. Великодный, П.А. Хаймович, М.А. Тихоновский, Н.Ф. Андриевская, М.П. Старолат, Т.М. Тихоновская // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 1. — С. 78-82. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860200683483955200 |
|---|---|
| author | Великодный, А.Н. Хаймович, П.А. Тихоновский, М.А. Андриевская, Н.Ф. Старолат, М.П. Тихоновская, Т.М. |
| author_facet | Великодный, А.Н. Хаймович, П.А. Тихоновский, М.А. Андриевская, Н.Ф. Старолат, М.П. Тихоновская, Т.М. |
| citation_txt | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония / А.Н. Великодный, П.А. Хаймович, М.А. Тихоновский, Н.Ф. Андриевская, М.П. Старолат, Т.М. Тихоновская // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 1. — С. 78-82. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Изучено изменение структуры относительного электросопротивления и микротвердости циркония в процессе интенсивной пластической деформации при комнатной температуре и при температуре 77 К. Обнаружены значительный рост микротвердости и уменьшение относительного электросопротивления при низкотемпературной квазигидроэкструзии. При этом с понижением температуры деформации не происходит дополнительное измельчение зеренной структуры.
Вивчено зміну структури відносного електроопору і мікротвердості цирконію в процесі інтенсивної пластичної деформації (ІПД) при кімнатній температурі і при температурі 77 K. Виявлено значне зростання мікротвердості і зменшення відносного електроопору при низькотемпературній квазігідроекструзії (КГЕ). При цьому з пониженням температури деформації не відбувається додаткового подрібнення зеренної структури.
Change of structure, relative electroresistance and microhardness of zirconium during severe plastic deformation (SPD) is studied at a room temperature and 77 K. Significant growth of microhardness and reduction of relative electroresistance have been found at low-temperature semihydroextrusion (SHE). Thus, no additional refinement of grain structure with deformation temperature decrease has occurred
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:10:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 1
78
PACS: 62.20.Fe
А.Н. Великодный, П.А. Хаймович, М.А. Тихоновский,
Н.Ф. Андриевская, М.П. Старолат, Т.М. Тихоновская
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КВАЗИГИДРОЭКСТРУЗИЯ
СИЛЬНОДЕФОРМИРОВАННОГО ЦИРКОНИЯ
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
ул. Академическая, 1, г. Харьков, 61108, Украина
E-mail: velikodnyi@kipt.kharkov.ua
Изучено изменение структуры относительного электросопротивления и микро-
твердости циркония в процессе интенсивной пластической деформации (ИПД) при
комнатной температуре и при температуре 77 K. Обнаружены значительный
рост микротвердости и уменьшение относительного электросопротивления при
низкотемпературной квазигидроэкструзии (КГЭ). При этом с понижением тем-
пературы деформации не происходит дополнительное измельчение зеренной
структуры.
Введение
Получение материалов в наноструктурном состоянии и изучение их
свойств представляют значительный научный и практический интерес. Одним
из широко используемых способов получения наноструктурных материалов
является их деформационная обработка с применением различных методов
ИПД [1,2]. Ранее авторы исследовали свойства чистого циркония в процессе
ИПД при комнатной температуре. Было установлено, что свойства циркония с
ростом деформации изменяются стадийным образом, что согласуется с ре-
зультатами структурных исследований [3]. При этом также обнаружено, что
на процесс измельчения структуры не оказало влияния сочетание двух мето-
дов деформации при комнатной температуре: осадки-выдавливания и волоче-
ния. Возможно, величина среднего размера зерна, близкая к 100 nm, является
предельной для деформации волочением при комнатной температуре.
Как известно, температура, при которой производится деформационная об-
работка металлов и сплавов, в значительной степени определяет их структур-
ное состояние и свойства. Чем выше температура деформирования, тем интен-
сивнее проходят релаксационные процессы, которые препятствуют получению
наноструктурного состояния. Поэтому представляло интерес провести дефор-
мацию ранее деформированного циркония при температуре жидкого азота.
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 1
79
Материал и методика
В качестве материала для исследований был выбран чистый цирконий.
Исходный слиток диаметром 50 mm был изготовлен электронно-лучевым
переплавом прутков йодидного циркония. Для получения заготовки мень-
шего диаметра исходный слиток был нагрет до 600°C и выдавлен на диаметр
27 mm. Дальнейшую деформационную обработку проводили при комнатной
температуре либо при 77 K. Для достижения деформаций, превышающих
ранее полученные значения, заготовку Ø27 mm подвергали деформационной
обработке методом осадка-выдавливание при комнатной температуре. До-
полнительная истинная деформация составила ε ~ 3.7 (ε = ln(d0
2/d 2), где d0 и
d – исходный и текущий диаметры). В дальнейшем заготовку зачехлили в
медную оболочку и выдавили на ∅10 mm, после чего деформацию проводи-
ли методом волочения. По достижении ∅5 mm часть заготовки подвергли
деформации методом КГЭ при температуре 77 K.
Особенность деформации методом КГЭ при низких температурах заклю-
чается в том, что объем вокруг образца в матрице заполняется индием, кото-
рый имеет достаточную пластичность и низкий коэффициент упрочнения
даже при температуре 4.2 K. Как показали опыты, использование при экс-
трузии индия в качестве передающей давление среды дает такую же одно-
родность свойств по объему, как и при гидроэкструзии.
Результаты и обсуждение
Ранее при исследовании свойств гидроэктрудированного циркония был
обнаружен монотонный рост удельного сопротивления и микротвердости
[3]. Максимальная истинная деформация при этом составила ε ~ 1.6. В рабо-
те [4] показано, что в зависимостях относительного сопротивления и термо-
эдс от деформации в области деформаций ε ≤ 9 происходит насыщение, что
может соответствовать стадии динамического равновесия. Характерным для
такого состояния является прекращение процесса фрагментации зеренной
структуры. Значительно увеличив степень деформации, обнаружили, что
плато сменилось дальнейшим падением относительного сопротивления (рис.
1,а). Как показали структурные исследования, заметного прогресса в из-
мельчении структуры циркония не произошло.
Возобновить процесс фрагментации можно, увеличив скорость или пони-
зив температуру деформации. Однако цирконий имеет высокую вязкость,
что ограничивает скорость деформации при волочении. Поэтому была пред-
принята попытка дальнейшего измельчения структуры за счет понижения
температуры деформации до 77 K. За исходный был взят образец длиной 20 mm
и ∅5 mm, истинная деформация ε которого при комнатной температуре со-
ставила 6.55. Образец подвергали деформации методом КГЭ при 77 K. По-
сле каждого этапа деформации проводили измерения относительного элек-
тросопротивления и микротвердости. Выборочно осуществляли также элек-
тронно-микроскопические исследования структуры.
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 1
80
0 2 4 6 8 10 12 14
4
5
6
7
ρ
29
3/ρ
77
ε
0 2 4 6 8 10 12 14
1.2
1.6
2.0
2.4
ε
H
μ ,
1
09 P
a
а б
Рис. 1. Зависимости относительного сопротивления (а) и микротвердости (б) от
деформации: ■ – деформация при 293 K, ○ – КГЭ при 77 K
Результаты измерений относительного электросопротивления и микро-
твердости представлены на рис. 1. Как и ожидалось, снижение температуры
деформации привело к значительному понижению относительного сопро-
тивления (рис. 1,а). Анализ кривых на рисунке показывает, что зависимость
относительного сопротивления от деформации при температуре 293 K вы-
ходит на насыщение в области деформаций ~ 9, после чего продолжается ее
падение. Насыщение изменения относительного сопротивления с деформа-
цией при температуре 77 K происходит при больших деформациях и при
значительно меньшей величине относительного сопротивления. Такое сме-
щение области насыщения связано с уменьшением вклада температурного
фактора в создание условий динамического равновесия.
Микротвердость также оказалась довольно чувствительной к понижению
температуры деформации. При исследовании зависимости микротвердости
от деформации при комнатной температуре обнаружили, что на фоне обще-
го роста микротвердости при деформации, соответствующей окончанию об-
ласти насыщения относительного электросопротивления ε ~ 9, имеет место
разупрочнение. Применение низкотемпературной (77 K) деформации мето-
дом КГЭ позволило заметно повысить достигнутые максимальные значения
микротвердости с 2000 до 2600 МРа. Можно также полагать, что на фоне
экспериментального разброса точек, как и в ранее рассмотренном случае,
также наблюдается разупрочнение. Сопоставляя кривые изменения микро-
твердости (рис. 1,б) с зависимостями относительного сопротивления, можем
отметить, что смене характера зависимости относительного сопротивления
от деформации предшествует незначительное разупрочнение, обусловлен-
ное динамическим возвратом, после чего начинается новая стадия структу-
рообразования. Данная стадия характеризуется монотонными ростом микро-
твердости и уменьшением относительного сопротивления. Это может быть
следствием стадийного изменения структуры циркония с деформацией, ко-
гда после этапа эффективного измельчения структуры наступает динамиче-
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 1
81
ское равновесие, наблюдающееся в
небольшом интервале деформаций, а
после достижения напряжением кри-
тического уровня возможен динами-
ческий возврат.
На рис. 2 приведены результаты
структурных исследований. Необхо-
димо отметить, что изменение средне-
го размера зерна с увеличением де-
формации как при волочении, так и
при комбинации методов осадки-вы-
давливания и волочения выходит на
насыщение и составляет около 100 nm.
Причем полученная при этом зерен-
ная структура оказывается близкой к
равноосной. На этом же рисунке приведены данные о среднем размере зер-
на, полученные для образцов после КГЭ при 77 K. Оказалось, что низкотем-
пературная деформация методом КГЭ не привела к ожидаемому уменьше-
нию среднего размера зерна. Вероятно, низкотемпературная деформация яв-
ляется эффективной для измельчения структуры в области 5–0.5 μm. Срав-
нивая электронограммы для образцов, деформированных при разных темпе-
ратурах, можно отметить, что деформация при 77 K приводит к более выра-
женной текстуре при больших внутренних напряжениях.
Характер нашей экспериментальной зависимости среднего размера зерна
от деформации dm(ε) подобен аналогичной качественной картине, приведен-
ной в [5]. В этой работе указывается, что выходу на насыщение зависимости
dm(ε) должны соответствовать максимальные концентрация вакансий и об-
щая плотность дислокаций при малой плотности дислокаций внутри фраг-
ментов. При этом будет продолжать увеличиваться только угол разориента-
ции фрагментов зеренной структуры, что может обеспечить рост удельного
и падение относительного сопротивления.
Выводы
Низкотемпературная деформация циркония методом КГЭ привела к зна-
чительному росту микротвердости и падению относительного сопротивле-
ния, что говорит об эффективном дефектообразовании при низкотемпера-
турной деформации. Деформация циркония как при комнатной температуре,
так и при температуре 77 K носит стадийный характер, а смена стадии со-
провождается слабым разупрочнением, связанным с динамическим возвра-
том. Деформация сильнодеформированного циркония методом КГЭ при 77 K
не привела к дополнительному измельчению структуры.
3 4 5 6 7 8 9 10 11
1
2
3
4
d m
, 1
02 n
m
ε
Рис. 2. Зависимость среднего размера
зерна от деформации: ■, □ – деформа-
ция при 293 K, соответственно в про-
дольном и поперечном направлениях;
○ – деформация КГЭ при 77 K
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 1
82
1. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин-
тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000).
2. В.В. Рыбин, Большие пластические деформации и разрушение металлов, Ме-
таллургия, Москва (1986).
3. В.М. Ажажа, А.Н. Великодный, М.А. Тихоновский, И.Д. Толмачев, В.Г. Яровой,
Вестник ХНУ №777, серия физическая, вып. 2, 89 (2007).
4. Г.А. Мочалов, А.И. Евстюхин, Г.А. Леонтьев, А.В. Севрюгина, Б.И. Береснев,
Д.К. Булычев, в сб.: Металлургия и металловедение чистых металлов, вып. 12,
11 (1976).
5. А.И. Лотков, А.А. Батурин, В.Н. Гришков, В.И. Копылов, Физическая мезоме-
ханика 10, № 3, 67 (2007).
А.Н. Великодний, П.А. Хаймович, М.А. Тихоновський, Н.Ф. Андриєвська,
М.П. Старолат, Т.М. Тихоновська
НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНА КВАЗIГIДРОЕКСТРУЗIЯ
СИЛЬНОДЕФОРМОВАНОГО ЦИРКОНIЮ
Вивчено зміну структури відносного електроопору і мікротвердості цирконію в
процесі інтенсивної пластичної деформації (ІПД) при кімнатній температурі і при
температурі 77 K. Виявлено значне зростання мікротвердості і зменшення
відносного електроопору при низькотемпературній квазігідроекструзії (КГЕ). При
цьому з пониженням температури деформації не відбувається додаткового
подрібнення зеренної структури.
A.N. Velikodnyi, P.A. Khaimovich, M.A. Tichonovsky, N.F. Andriyevskaya, M.P. Starolat,
T.M. Tichonovskaya
LOW-TEMPERATURE SEMIHYDROEXTRUSION OF STRONGLY
DEFORMED ZIRCONIUM
Change of structure, relative electroresistance and microhardness of zirconium during
severe plastic deformation (SPD) is studied at a room temperature and 77 K. Significant
growth of microhardness and reduction of relative electroresistance have been found at
low-temperature semihydroextrusion (SHE). Thus, no additional refinement of grain
structure with deformation temperature decrease has occurred.
Fig. 1. Dependences of relative electroresistance (a) and microhardness (б) on deforma-
tion: ■ – deformation at 293 K, ○ – SHE at 77 K
Fig. 2. Dependence of the medium grain size on deformation: ■, □ – deformation at 293 K,
in longitudinal and transverse directions, respectively; ○ – SHE at 77 K
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69146 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:10:17Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Великодный, А.Н. Хаймович, П.А. Тихоновский, М.А. Андриевская, Н.Ф. Старолат, М.П. Тихоновская, Т.М. 2014-10-06T18:16:05Z 2014-10-06T18:16:05Z 2009 Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония / А.Н. Великодный, П.А. Хаймович, М.А. Тихоновский, Н.Ф. Андриевская, М.П. Старолат, Т.М. Тихоновская // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 1. — С. 78-82. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69146 Изучено изменение структуры относительного электросопротивления и микротвердости циркония в процессе интенсивной пластической деформации при комнатной температуре и при температуре 77 К. Обнаружены значительный рост микротвердости и уменьшение относительного электросопротивления при низкотемпературной квазигидроэкструзии. При этом с понижением температуры деформации не происходит дополнительное измельчение зеренной структуры. Вивчено зміну структури відносного електроопору і мікротвердості цирконію в процесі інтенсивної пластичної деформації (ІПД) при кімнатній температурі і при температурі 77 K. Виявлено значне зростання мікротвердості і зменшення відносного електроопору при низькотемпературній квазігідроекструзії (КГЕ). При цьому з пониженням температури деформації не відбувається додаткового подрібнення зеренної структури. Change of structure, relative electroresistance and microhardness of zirconium during severe plastic deformation (SPD) is studied at a room temperature and 77 K. Significant growth of microhardness and reduction of relative electroresistance have been found at low-temperature semihydroextrusion (SHE). Thus, no additional refinement of grain structure with deformation temperature decrease has occurred ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония Низькотемпературна квазiгiдроекструзiя сильнодеформованого цирконiю Lowtemperature semihydroextrusion of strongly deformed zirconium Article published earlier |
| spellingShingle | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония Великодный, А.Н. Хаймович, П.А. Тихоновский, М.А. Андриевская, Н.Ф. Старолат, М.П. Тихоновская, Т.М. |
| title | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония |
| title_alt | Низькотемпературна квазiгiдроекструзiя сильнодеформованого цирконiю Lowtemperature semihydroextrusion of strongly deformed zirconium |
| title_full | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония |
| title_fullStr | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония |
| title_full_unstemmed | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония |
| title_short | Низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония |
| title_sort | низкотемпературная квазигидроэкструзия сильнодеформированного циркония |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69146 |
| work_keys_str_mv | AT velikodnyian nizkotemperaturnaâkvazigidroékstruziâsilʹnodeformirovannogocirkoniâ AT haimovičpa nizkotemperaturnaâkvazigidroékstruziâsilʹnodeformirovannogocirkoniâ AT tihonovskiima nizkotemperaturnaâkvazigidroékstruziâsilʹnodeformirovannogocirkoniâ AT andrievskaânf nizkotemperaturnaâkvazigidroékstruziâsilʹnodeformirovannogocirkoniâ AT starolatmp nizkotemperaturnaâkvazigidroékstruziâsilʹnodeformirovannogocirkoniâ AT tihonovskaâtm nizkotemperaturnaâkvazigidroékstruziâsilʹnodeformirovannogocirkoniâ AT velikodnyian nizʹkotemperaturnakvazigidroekstruziâsilʹnodeformovanogocirkoniû AT haimovičpa nizʹkotemperaturnakvazigidroekstruziâsilʹnodeformovanogocirkoniû AT tihonovskiima nizʹkotemperaturnakvazigidroekstruziâsilʹnodeformovanogocirkoniû AT andrievskaânf nizʹkotemperaturnakvazigidroekstruziâsilʹnodeformovanogocirkoniû AT starolatmp nizʹkotemperaturnakvazigidroekstruziâsilʹnodeformovanogocirkoniû AT tihonovskaâtm nizʹkotemperaturnakvazigidroekstruziâsilʹnodeformovanogocirkoniû AT velikodnyian lowtemperaturesemihydroextrusionofstronglydeformedzirconium AT haimovičpa lowtemperaturesemihydroextrusionofstronglydeformedzirconium AT tihonovskiima lowtemperaturesemihydroextrusionofstronglydeformedzirconium AT andrievskaânf lowtemperaturesemihydroextrusionofstronglydeformedzirconium AT starolatmp lowtemperaturesemihydroextrusionofstronglydeformedzirconium AT tihonovskaâtm lowtemperaturesemihydroextrusionofstronglydeformedzirconium |