Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением
Изучены особенности интенсивной комбинированной деформации одновременными растяжением и разнонаправленным кручением (РРК). Показано, что смена направления кручения приводит к снижению условного предела текучести δ₀.₂. Установлено, что данное явление связано с частичной аннигиляцие...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2006
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70246 |
| 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: | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением / Е.Г. Пашинская // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 3. — С. 96-107. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859634205861871616 |
|---|---|
| author | Пашинская, Е.Г. |
| author_facet | Пашинская, Е.Г. |
| citation_txt | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением / Е.Г. Пашинская // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 3. — С. 96-107. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Изучены особенности интенсивной комбинированной деформации одновременными растяжением и разнонаправленным кручением (РРК). Показано, что смена направления кручения приводит к снижению условного предела текучести δ₀.₂. Установлено, что данное явление связано с частичной аннигиляцией дефектов при смене направления кручения. Увеличение степени деформации приводит к росту предела прочности σuts при продолжающемся снижении δ₀.₂. Обнаружено, что при больших деформациях РРК способствует развитию рекристаллизации in situ, что обеспечивает высокий уровень пластических свойств при сохранении значительного уровня прочностных характеристик.
Peculiarities of severe combined deformation by simultaneous tension and alternating twisting (TAT) have been studied. A change in the direction of twisting has been shown to result in decreasing arbitrary yield point δ₀.₂. It has been found that the phenomenon is due to a partial annihilation of defects when the direction of twisting is changed. An increase in the degree of deformation results in the increase of ultimate strength δuts with δ₀.₂ decreasing. It has been detected that at severe deformations the TAT favours the in situ development of recrystallization, thus providing a high level of plastic properties with high strength characteristics conserved.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:14:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
96
PACS: 62.20.Fe
Е.Г. Пашинская
ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
И СТРУКТУРНАЯ ПЕРЕСТРОЙКА МЕДИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ
ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
РАЗНОНАПРАВЛЕННЫМ КРУЧЕНИЕМ
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
E-mail: pashinsk@hpress.fti.ac.donetsk.ua
Статья поступила в редакцию 10 ноября 2006 года
Изучены особенности интенсивной комбинированной деформации одновременны-
ми растяжением и разнонаправленным кручением (РРК). Показано, что смена на-
правления кручения приводит к снижению условного предела текучести σ0.2. Ус-
тановлено, что данное явление связано с частичной аннигиляцией дефектов при
смене направления кручения. Увеличение степени деформации приводит к росту
предела прочности σuts при продолжающемся снижении σ0.2. Обнаружено, что при
больших деформациях РРК способствует развитию рекристаллизации in situ, что
обеспечивает высокий уровень пластических свойств при сохранении значительно-
го уровня прочностных характеристик.
Введение
Использование интенсивной пластической деформации для получения
материалов, характеризующихся одновременно высоким уровнем прочност-
ных и пластических характеристик, − одно из перспективных направлений
обработки металлов давлением и материаловедения [1,2]. Для выбора опти-
мальных условий деформирования требуется учитывать большое количество
факторов: схему напряженного состояния, физические особенности мате-
риалов (вид решетки, энергию дефектов упаковки), степень и температуру
деформации и др. В частности, это относится к схемам комбинированной
пластической деформации с использованием простого сдвига, предложен-
ным в [3,4]. Все рассматриваемые в [5−9] схемы относятся к комбинирован-
ным схемам интенсивной пластической деформации, так как деформация
материала протекает в условиях сложного нагружения и многоуровневый
процесс деформации сопровождается существенными текстурными и струк-
турными преобразованиями материала. Одновременное влияние нескольких
факторов затрудняет анализ полученных результатов и делает необходимы-
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
97
ми модельные эксперименты с изменением одного параметра. Вопросы
влияния давления на процессы структурообразования исследовались наибо-
лее глубоко, например, в работах [10,11]. В то же время влияние простого
сдвига остается недостаточно изученным.
По мнению [12], для изучения влияния простого сдвига больше всего
подходит кручение, так как на поверхности закручиваемого стержня реали-
зуется чистый сдвиг. Ранее нами были исследованы изменения структуры и
свойств меди после растяжения и однонаправленного кручения (РОК)
[13,14]. В ходе эксперимента по одновременному кручению и растяжению
образцов зафиксировано снижение условного предела текучести σ0.2 при
увеличении количества оборотов. В проведенных экспериментах было уста-
новлено, что уровень σ0.2 может снижаться в 2−5 раз и, следовательно, де-
формация кручением облегчает течение материала под действием нормаль-
ных напряжений. Для достижения условного предела текучести σ0.2 требу-
ется меньшая работа внешних сил, а значит, и меньшие растягивающие на-
пряжения.
Другим следствием обнаруженного эффекта является то, что при растя-
жении материала с большей степенью деформации кручением изменения
структуры (при равных растягивающих напряжениях) происходят активнее,
чем в материале с меньшей степенью деформации кручением. Показано, что
такая деформация приводит к образованию мелкокристаллической (размер
зерен 0.3−1.0 µm) структуры с высоким уровнем пластических и прочност-
ных характеристик. Поэтому эволюционные процессы перестройки микро-
структуры происходят при меньших нормальных напряжениях или при
меньшей накопленной деформации.
Большой интерес представляет изучение одновременного растяжения и
кручения при смене направления вращения. При такой схеме деформации
весьма вероятно проявление частичной аннигиляции дефектов [12]. Это мо-
жет также сказаться на эволюционных перестройках тонкой структуры и
привести к росту пластичности материала.
Данная статья посвящена рассмотрению влияния РРК на эволюцию
микроструктуры, механических и физических свойств на примере меди
М1. Целью работы является изучение особенностей процессов деформа-
ции, накопления дефектов в условиях интенсивной комбинированной де-
формации с РРК.
Материал и методика эксперимента
В качестве модельного материала выбрали отожженную медную прово-
локу М1. Образцы подвергали одновременному кручению и растяжению на
установке К-5 (ДСТУ 1545−80), позволяющей фиксировать количество
оборотов, а также осуществлять смену направления кручения. Общее ко-
личество оборотов обозначали буквой N; количество оборотов при круче-
нии по часовой стрелке − N1; при смене направления кручения количество
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
98
оборотов против часовой стрелки − N2; суммарное количество оборотов −
N = N1 + N2.
Образцы испытывали на растяжение с помощью компьютеризированного
структурно-деформационного комплекса ИМАШ20-75+2167З-50 с системой
микрокомпьютерного управления и максимальным нагружением 1·104 N.
Рабочая длина образцов при испытании на растяжение составляла 100 mm.
По результатам измерений проводили сравнительный анализ изменений ха-
рактеристик прочности и пластичности в зависимости от количества оборо-
тов, учитывая при этом смену направления кручения.
Методами оптической микроскопии исследовали микроструктуру при
увеличениях ×(50�2000). Для определения размера зерен и их границ изго-
тавливали шлифы, которые подвергали электрохимической полировке и
травлению. Травитель состоял из следующих компонентов: 50% HNO3, 25%
H3PO4 и 25% CH−C−OH [15]. Металлографический анализ образцов осуще-
ствляли на микроскопе «Neophot-32», фотографирование элементов струк-
туры − фотокамерой «Nikon. Coolpix 2000». Кроме того, проводили рентге-
ноструктурные исследования на ДРОН-3: оценивали полуширину линий
(220) и (111).
На образцах с разным уровнем деформации после РРК измеряли микро-
твердость прибором ПМТ-3 при нагружении 0.25 N с фиксированным шагом
0.2 mm. Результаты обрабатывали с помощью программы «Statistica 5.5».
После деформации на образцах измеряли электросопротивление 4-зондо-
вым методом. Оценивали относительное изменение электросопротивления
∆ρ⁄ρ0 в сравнении с исходным отожженным образцом, рассчитанное по
формуле
0
0
0
/ 100 %iρ −ρ∆ρ ρ =
ρ
, (1)
где ρi, ρ0 � электросопротивление соответственно i-го и исходного ото-
жженного образцов.
Температурный коэффициент сопротивления меди ρi/ρmin измеряли в
отожженном и деформированном состояниях в зависимости от температуры
и количества оборотов.
Эксперимент и его обсуждение
Изменение уровня механических свойств меди после растяжения и зна-
копеременного кручения (цифры у точки показывают количество оборотов
по/против часовой стрелки) представлено на рис. 1.
Видно, что при растяжении образца меди после однонаправленного кручения
уровень пластичности ниже, а уровень прочностных свойств выше, чем у образ-
ца после отжига (0/0). Анализ данных показывает заметные изменения в уровне
свойств. В табл. 1 приведены механические свойства некоторых образцов после
РРК. Несмотря на общее увеличение степени деформации при разнонаправлен-
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
99
ном кручении, наблюдается снижение
уровней предела прочности и условного
предела текучести. Факт роста пласти-
ческих характеристик после РРК при
росте степени деформации неординарен
и требует проведения дополнительных
исследований. При значительном
(25/100) увеличении степени деформа-
ции предел прочности и условный пре-
дел текучести растут, сужение падает,
что вполне объясняется с точки зрения
фрагментации структуры под действи-
ем деформации.
Таблица 1
Изменение механических свойств медной проволоки после РРК
Общее количество
оборотов
N (N1/N2)
Условный предел
текучести σ0.2,
N/mm2
Предел прочности
σuts,
N/mm2
Относительное су-
жение ψ, %
0 (0/0) 82 207 79
25 (25/0) 119 272 65
30 (25/5) 111 261 68
35 (25/10) 89 285 75
40 (20/20) 92 316 79
40 (40/0) 130 340 57
Измерения микротвердости в поперечном и продольном сечениях образ-
цов, деформированных РОК, показывают рост микротвердости (рис. 2). При
смене направления вращения на противоположное значения микротвердости
сначала уменьшаются, а затем при увеличении степени деформации растут,
достигая и превосходя первона-
чальный уровень. Нелинейное из-
менение микротвердости может
быть связано с аннигиляцией де-
фектов при смене направления
кручения. В пользу высказанного
объяснения свидетельствует при-
веденное на рис. 3 изменение тем-
пературного коэффициента элек-
тросопротивления ρi/ρmin. У каждой
экспериментальной точки указано
число оборотов по/против часовой
стрелки. Для сравнения измерения
проводились также на образцах,
Рис. 1. Кривые растяжения медной
проволоки после РРК при количестве
оборотов по/против часовой стрелки: 1
− 0/0; 2 − 20/0; 3 − 20/2; 4 − 25/100
0 10 20 30 40 50 60 70
600
700
800
900
1000
1100
1200
H
µ,
M
Pa
N = N1 + N2
0/0
20/0
20/2
20/11
20/12
30/15
23/23 30/30
27/37
Рис. 2. Изменение микротвердости Hµ ме-
ди при РРК (цифры у точки − количество
оборотов по/против часовой стрелки)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
100
100 150 200 250 300
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5
ρ i /ρ
m
in
T, K
4
3
2
1
0 40 80 120
0
5
10
15
20
25
30
25/100
25/75
25/50
25/25
25/15
25/10
25/5
25/2
25/0
0/0
∆
ρ/
ρ 0,1
08 %
N = N1 + N2
Рис. 3. Зависимость температурного коэффициента электросопротивления меди
ρi/ρmin от температуры, вида деформации и количества оборотов при РРК: 1 − од-
ноосное растяжение; 2 − РРК: 60/0; 3 − РРК: 40/10; 4 − РРК: 40/20; 5 − отжиг: 0/0
Рис. 4. Изменение относительного электросопротивления ∆ρ/ρ0 от количества оборо-
тов при РРК (цифры у точки − количество оборотов по/против часовой стрелки)
деформированных одноосным растяжением. Наиболее высоким уровнем
температурного коэффициента сопротивления при температурах 90−273 K
обладают образцы, прошедшие одноосное растяжение, наиболее низким −
отожженные. Для образцов после РРК характерны средние значения темпе-
ратурного коэффициента сопротивления. Смена направления кручения при-
водит к снижению уровня этого коэффициента, что свидетельствует об
уменьшении количества дефектов [16]. Как видно из рис. 4, величина отно-
сительного электросопротивления образцов с увеличением общей деформа-
ции изменяется сложным образом. Нами показано ранее [17], что кручение
без изменения направления вращения (РОК) вызывает повышение сопро-
тивления образцов и соответствует известному степенному изменению элек-
тросопротивления металла при кручении. Однако после двух оборотов в
противоположном направлении при РРК сопротивление падает, дальнейшее
увеличение числа оборотов опять приводит к росту относительного электро-
сопротивления. Уменьшение последнего при выполнении РРК на 25/25 обо-
ротов может свидетельствовать о начале протекания рекристаллизации in
situ в процессе кручения [16].
В работе [18] показано, что интенсивная пластическая деформация нике-
ля приводит к росту плотности дефектов, в том числе точечных. Существен-
ное влияние на электросопротивление металлов, по оценкам [19], оказывают
вакансии и дислокации, влияние остальных дефектов на несколько порядков
меньше. Поэтому наблюдаемые эффекты связаны преимущественно с изме-
нением количества точечных дефектов и дислокаций, и объяснить получен-
ные результаты можно на основании особенностей деформации при комби-
нированном нагружении. Авторы [20] показали, что одноосное нагружение
способствует генерации межузельных атомов, а кручение способствует ге-
нерации вакансий. Основной источник точечных дефектов в данном случае �
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
101
скользящие винтовые дислокации с элементарными порогами краевой ори-
ентации. При перемещении в одну сторону за «протаскиваемым» порогом
образуется цепочка точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов).
Увеличение плотности металла при смене направления вращения также сви-
детельствует о частичной аннигиляции точечных дефектов.
При изменении направления вращения не все вакансии аннигилируют
тогда, когда порог «протаскивается» в обратном направлении [21,22]. Про-
исходящая частичная взаимная аннигиляция дефектов изменяет электросо-
противление образца, именно поэтому степень аннигиляции дефектов зави-
сит от числа оборотов в одну и другую стороны. Наблюдаемое явление по-
добно эффекту Баушингера, заключающемуся в уменьшении сопротивления
материала малым пластическим деформациям (снижение предела упруго-
сти) после предварительной пластической деформации противоположного
знака [12,23]. Однако эффект Баушингера обычно наблюдают в области уп-
ругих напряжений и связывают с препятствиями в виде дислокаций леса на
пути движения дислокаций при смене знака деформирования.
В нашем опыте наблюдаемые эффекты проявляются в области неупругих
напряжений. Изменения механических свойств, электросопротивления, мик-
ротвердости могут быть связаны с поведением винтовых дислокаций при
напряжениях, близких к пределу текучести. Исследования подвижности
винтовых дислокаций в колонне электронного микроскопа показали, что
пластическое течение контролируется плотностью винтовых дислокаций
[24]. Поэтому наблюдаемые при знакопеременном кручении эффекты могут
быть связаны с частичной аннигиляцией вакансий при обратном движении
винтовых дислокаций или винтовой компоненты смешанных дислокаций.
Подтверждением высказанного предположения могут служить данные
авторов [25], зафиксировавших, что при циклическом нагружении критиче-
ская плотность дислокаций в меди, необходимая для образования ячеистой
структуры, на 1�2 порядка выше, чем при статическом напряжении. Обна-
руженные факты авторы связывают с поперечным скольжением винтовых
дислокаций, образовавших при своем движении множество дислокационных
петель и вакансий. При циклической нагрузке часть созданных дефектов ис-
чезает. Это приводит к тому, что для образования ячеек требуется большая
плотность дислокаций.
Авторы [26] наблюдали, что при одноосном нагружении происходит ис-
кривление границ, дислокации накапливаются преимущественно в пригра-
ничных областях и очень неоднородно, а при кручении дислокации распре-
деляются однородно по телу зерна. В работе отмечается, что согласно суще-
ствующим представлениям о механизмах рекристаллизации миграция и ис-
кривление исходных границ происходят в основном из-за градиента накле-
па. Обсуждается вопрос о «преимущественно грубом единичном скольже-
нии в случае одноосной деформации и о тонком множественном скольжении
при кручении». Авторы [26] считают, что именно множественное
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
102
скольжение обеспечивает эффектив-
ность кручения, так как одновременно
движущиеся дислокации различных
систем скольжения сталкиваются, пе-
реплетаются и не доходят до высоко-
угловых границ. При одновременном
растяжении с кручением реализуются
оба указанных выше микромеханиз-
ма, и таким образом обеспечиваются
процессы активной перестройки де-
фектной структуры.
С учетом того, что изменения элек-
тросопротивления, микротвердости и
механических свойств коррелируют
друг с другом при смене направления деформации на противоположное, можно
с достаточной степенью уверенности утверждать, что эти явления связаны с
перестройкой дефектной структуры меди при смене направления кручения.
Зафиксированные нами изменения должны отразиться также на уровне
механических характеристик, в частности пределе текучести. На рис. 5 при-
ведены результаты изменения уровней пределов прочности и текучести при
увеличении количества оборотов. В данном случае выполнялось РОК до 25
оборотов, затем происходила смена направления вращения и производилось
РРК до N = 100, после чего проводились стандартные механические испыта-
ния на растяжение. Хорошо заметен общий рост предела прочности σuts с
увеличением N. Однако мы видим, что при смене направления вращения
(25/2) изменяется ход обеих кривых (σuts и σ0.2). Это свидетельствует о том,
что наблюдаемые изменения электропроводности и микротвердости при
смене направления вращения связаны с частичной аннигиляцией дефектов и
проявляются также на уровне макрохарактеристик материала.
Анализ изменения предела текучести при увеличении степени деформа-
ции не показывает роста σ0.2. Эта ситуация не является типичной, так как
хорошо известно, что при увеличении степени деформации в процессе РОК
значения пределов прочности и текучести возрастают [14]. В табл. 1 приве-
дены данные по относительному сужению медных образцов после РРК. От-
носительное сужение ψ для отожженной меди составило 79%, при РОК зна-
чения ψ уменьшаются до 57% (N1 = 40). При увеличении степени деформа-
ции N2 до 5, 10, 20 оборотов фиксируется постепенный рост сужения соот-
ветственно до 68, 75, 79%. Полученные при некоторых режимах РКК значе-
ния относительного сужения соответствуют исходному уровню ψ отожжен-
ного материала. Наблюдаемые изменения велики и не могут быть объяснены
только аннигиляцией дефектов при смене знака кручения.
Публикации последних лет [27−29] показывают, что комбинированная
интенсивная пластическая деформация, включающая простой сдвиг, может
0 20 40 60 80 100 120
50
100
150
200
250
300
N = N1 + N2
σ 0.
2, σ
ut
s, M
Pa
1
2
Рис. 5. Механические свойства медной
проволоки при растяжении после РРК:
1 − σuts; 2 − σ0.2
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
103
приводить к развитию процессов поли-
гонизации и рекристаллизации при
комнатной температуре. Особенно яр-
ко это выражается на чистых метал-
лах, в частности меди, характеризую-
щейся достаточно высокой гомологи-
ческой температурой [30]. Протекание
этих процессов может приводить к из-
менению физико-механических свойств
материала.
На рис. 6 показано изменение от-
носительной проводимости ρ0/ρi меди
при РОК и РРК. При однонаправлен-
ном кручении процесс роста прово-
димости начинается при бóльших
степенях деформации, чем при разнонаправленном. Это говорит о том, что
процессы аннигиляции дислокаций при развитии рекристаллизации в случае
разнонаправленного кручения начинаются при меньших степенях деформа-
ции и, следовательно, смена знака деформации способствует развитию про-
цессов перестройки дефектной структуры.
Для объяснения данного факта был выполнен микро- и рентгенострук-
турный анализ медной проволоки после знаконаправленного кручения.
Подтверждением данной точки зрения могут служить результаты изме-
нения полуширины рентгеновских линий, приведенные в табл. 2. Фиксирует-
ся значительное уширение линий (111), (220) для образца, деформированного
кручением в одну сторону, (№ 2) по сравнению с отожженным (№ 1). Сравне-
ние полуширины образца № 2 и претерпевшего разнонаправленное кручение
(№ 3) показывает меньшую полуширину последнего. Поскольку полуширина
линий характеризует микронапряжения и размеры блоков одновременно, то
уменьшение ширины линий образца № 3 по сравнению с образцом № 2 может
свидетельствовать о протекании процессов перестройки структуры и in situ
рекристаллизации. Дальнейшая деформация способствовала росту количества
дефектов кристаллической решетки и уширению линий (№ 4).
Таблица 2
Изменение полуширины линий меди после РРК
Полуширина
линий, deg№ образца Количество оборотов N1/N2
по/против часовой стрелки
Общее количество
оборотов N = N1 + N2 (220) (111)
1 0 0 0.423 0.202
2 25/0 25 0.497 0.238
3 15/15 30 0.425 0.219
4 40/35 75 0.219 0.230
0 20 40 60 80
0.85
0.90
0.95
1.00
N = N1 + N2
ρ 0/ρ
i
20
44/0 65/0
80/010/0
25/0
25/2
30/30
Рис. 6. Зависимость ρ0/ρi от количест-
ва оборотов после РРК (• ) и РОК (□)
при 300 K (цифры у точки − количество
оборотов по/против часовой стрелки)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
104
а б
в г
Рис. 7. Микроструктура меди после РРК при количестве оборотов по/против часовой
стрелки: а − 0/0; б − 64/0; в − 25/25; г − 25/50. Расстояние между метками � 10 µm
На рис. 7,а показана структура медной проволоки после отжига. Видно,
что при больших степенях деформации после РРК наблюдается заметное ис-
кривление границ зерен (рис. 7,б). На рис. 7,в хорошо заметно, что первона-
чально процесс развивается в отдельных зернах, не охватывая всего объема
материала. В дальнейшем в процесс вовлекаются все зерна, а в некоторых
местах локализованной деформации (например, в полосе деформации на рис.
7,г) начинаются процессы релаксации напряжений, заключающиеся в разви-
тии полигонизации, а затем − рекристаллизации in situ. Хорошо видно обра-
зование новых единичных, мелких, округлых зерен внутри полосы, аналогич-
но тому, как это наблюдали в работах [29−31]. Анализ микроструктуры пока-
зал, что в случае РРК формирование новых рекристаллизованных зерен про-
исходит при меньших степенях деформации. Очевидно, что эти процессы оп-
ределяют также сложное изменение относительного электросопротивления
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
105
при больших степенях деформации. При продолжающейся деформации но-
вые зерна снова вовлекаются в процесс фрагментации до достижения крити-
ческого уровня напряжений и начала повторного процесса рекристаллизации.
Таким образом, формирование микроструктуры меди при кручении с
растяжением происходит под влиянием двух конкурирующих процессов:
измельчения зерна и рекристаллизации in situ. Следует отметить, что смена
направления кручения активирует развитие этих процессов при меньших
степенях деформации.
Очевидно, что данный процесс наблюдается вследствие характерных
особенностей меди. Для других ГЦК-материалов (с более высокой гомоло-
гической температурой) энергии, внесенной при кручении образцов, может
оказаться недостаточно для активного развития подобных процессов, по-
этому эффективным путем в таком случае будет теплая или горячая интен-
сивная пластическая деформация с кручением.
Заключение
Показано, что физико-механические свойства меди в процессе комбини-
рованной интенсивной пластической деформации одновременным растяже-
нием и разнонаправленным кручением сложным образом зависят от количе-
ства оборотов и направления вращения.
Анализ процессов накопления дефектов в условиях РРК показал, что при
вращении только в одном направлении электросопротивление металла рас-
тет, что можно объяснить увеличением количества дефектов кристалличе-
ского строения, в том числе вакансий. При смене направления вращения
происходит частичная взаимная аннигиляция дефектов, приводящая к паде-
нию электросопротивления практически до исходного состояния. С даль-
нейшим увеличением числа оборотов в противоположную сторону электро-
сопротивление растет с большей интенсивностью.
Масштаб наблюдаемых изменений физико-механических свойств меди
не может быть отнесен только за счет аннигиляции дефектов. При развитой
деформации эволюция структуры меди проходит под действием конкури-
рующих процессов измельчения зерен и рекристаллизации in situ. Смена на-
правления деформации стимулирует развитие рекристаллизации.
Таким образом, схемы комбинированной интенсивной пластической де-
формации с использованием простого сдвига более эффективны, поскольку
эволюционные процессы перестройки структуры происходят при меньших
нормальных напряжениях или при меньшей накопленной деформации. Про-
веденные исследования позволяют выбирать пути оптимального деформи-
рования с целью получения дисперсной субмикрокристаллической структу-
ры с высоким уровнем прочностных и пластических характеристик.
В заключение автор выражает искреннюю признательность В.Ю. Тарен-
кову, Б.М. Эфросу, И.И. Тищенко за помощь в постановке задачи, проведе-
нии экспериментов и плодотворном обсуждении полученных результатов.
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
106
1. Н.И. Носкова, Р.Р. Мулюков, Субмикрокристаллические и нанокристаллические
металлы и сплавы, ИФМ УрО РАН, Екатеринбург (2003).
2. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин-
тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000).
3. V.M. Segal, Mater. Sci. Eng. 197, 157 (1995).
4. В.М. Сегал, В.И. Резников, А.Е. Дробошевский, В.И. Копылов, Металлы № 1, 115
(1981).
5. В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, З.А. Самойленко, В.Г. Сынков, В.В. Пашинский,
Я.Е. Бейгельзимер, С.Г. Сынков, Металлы № 4, 79 (2001).
6. О.А. Кайбышев, Р.А. Васин, В.К. Бердин, Р.М. Кашаев, КШП № 4, 8 (1999).
7. В.К. Бердин, Р.М. Кашаев, КШП № 4, 12 (1999).
8. В.М. Сегал, Металлы № 1, 5 (2004).
9. Ф.З. Утяшев, Ф.У. Еникеев, В.В. Латыш, Металлы № 4, 72 (1998).
10. Б.И. Береснев, К.И. Езерский, Е.В. Трушин, Б.И. Каменецкий, Высокие давления
в современных технологиях обработки материалов, Наука, Москва (1988).
11. А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, Ю.А. Аксенов, В.Ф. Шишминцев, ФММ 45,
1089 (1978).
12. Я.Б. Фридман, Деформация и разрушение, Машиностроение, Москва (1974), т. 1.
13. О.Г. Пашинська, В.В. Пашинський, А.С. Домарева, І.І. Тищенко, Металознавство
та обробка металів № 4, 44 (2003).
14. Е.Г. Пашинская, Л.С. Метлов, И.И. Тищенко, Деформация и разрушение мате-
риалов № 10, 24 (2005).
15. В.С. Коваленко, Металлографические реактивы. Справочник, Металлургия,
Москва (1981).
16. А.А. Лухвич, А.С. Каролик, В.И. Шарандо, Структурная зависимость термоэлек-
трических свойств и неразрушающий контроль, Наука и техника, Минск (1990).
17. В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, Л.С. Метлов, Н.Н. Белоусов, В.М. Ткаченко,
Труды X Международного семинара «Дислокационная структура и механиче-
ские свойства металлов», ИФМ УрО РАН, Екатеринбург (2005).
18. Б.М. Эфрос, С.Г. Сынков, Е.В. Попова, Т.П. Заика, Л.В. Лоладзе, В.Г. Сынков,
В.А. Ивченко, В.Н. Варюхин, ФТВД 12, № 2, 27 (2002).
19. G. Mohamed, B. Bacroix, Acta mater. 48, 3295 (2000).
20. Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий, Физические свойства металлов и
сплавов, Металлургия, Москва (1980).
21. И.И. Новиков, К.М. Розин, Кристаллография и дефекты кристаллической ре-
шетки, Металлургия, Москва (1990).
22. F.R.N. Nabarro, Phys. Status Solidi A104, 47 (1987).
23. М.Л. Бернштейн, В.А. Займовский, Механические свойства металлов, Метал-
лургия, Москва (1979).
24. В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, С.А. Фирстов, Физические основы прочности
тугоплавких материалов, Наукова думка, Киев (1975).
25. В.С. Иванова, В.Ф. Терентьев, Природа усталости металлов, Металлургия, Мо-
сква (1975).
26. М.И. Мазурский, Ф.У. Еникеев, Р.А. Васин, А.В. Муравлев, П.В. Чистяков,
М.В. Караваева, ФММ 88, № 5, 90 (1999).
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 3
107
27. В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, Л.С. Метлов, А.Ф. Морозов, А.С. Домарева,
С.Г. Сынков, В.Г. Сынков, Т.П. Заика, ФТВД 12, № 1, 29 (2002).
28. Т.И. Чащухина, М.В. Дегтярев, М.Ю. Романова, Л.М. Воронова, ФММ 98, № 6,
98 (2004).
29. Н.А. Смирнова, В.И. Левит, В.И. Пилюгин, Р.И. Кузнецов, Л.С. Давыдова, В.А. Са-
зонова, ФММ 61, 1170 (1986).
30. А.Н. Тюменцев, И.А. Дитенберг, Ю.П. Пинжин, А.Д. Коротаев, Р.З. Валиев,
ФММ 96, № 4, 33 (2003).
E.G. Pashinskaya
CHANGES IN PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES AND
REARRANGEMENT OF COPPER STRUCTURE UNDER COMBINED
SEVERE PLASTIC DEFORMATION BY ALTERNATING TWISTING
Peculiarities of severe combined deformation by simultaneous tension and alternating
twisting (TAT) have been studied. A change in the direction of twisting has been shown
to result in decreasing arbitrary yield point δ0.2. It has been found that the phenomenon is
due to a partial annihilation of defects when the direction of twisting is changed. An in-
crease in the degree of deformation results in the increase of ultimate strength δuts with
δ0.2 decreasing. It has been detected that at severe deformations the TAT favours the in
situ development of recrystallization, thus providing a high level of plastic properties with
high strength characteristics conserved.
Fig. 1. Curves for copper wire tension past TAT and number of turns clock-
/anticlockwise: 1 − 0/0; 2 − 20/0; 3 − 20/2; 4 − 25/100
Fig. 2. Changes in microhardness Hµ of copper during TAT (numerals near the point −
number of turns clock-/anticlockwise)
Fig. 3. Dependence of the temperature coefficient of copper electrical resistance ρi/ρmin
on temperature, type of deformation and number of turns during TAT: 1 − uniaxial ten-
sion;·2 − TAT: 60/0; 3 − TAT: 40/10; 4 − TAT: 40/20; 5 − annealing; 0/0
Fig. 4. Changes in relative electrical resistance ∆p/p0 versus the number of turns during
TAT (numerals near the point − number of turns clock-/anticlockwise)
Fig. 5. Mechanical properties of copper wire during tension past TAT: 1 − σuts; 2 − σ0.2
Fig. 6. Dependence of ρ0/ρi on the number of turns after TAT (−o−) and after simultane-
ous tension and unidirectional twisting (□) at 300 K (numerals near the point − number of
turns clock-/anticlockwise)
Fig. 7. Microstructure of copper past TAT (for the number of turns clock-/anticlockwise:
a − 0/0; б − 64/0; в − 25/25; г − 25/50. Distance between the marks − 10 µm
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70246 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:14:30Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Пашинская, Е.Г. 2014-11-01T08:10:07Z 2014-11-01T08:10:07Z 2006 Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением / Е.Г. Пашинская // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 3. — С. 96-107. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70246 Изучены особенности интенсивной комбинированной деформации одновременными растяжением и разнонаправленным кручением (РРК). Показано, что смена направления кручения приводит к снижению условного предела текучести δ₀.₂. Установлено, что данное явление связано с частичной аннигиляцией дефектов при смене направления кручения. Увеличение степени деформации приводит к росту предела прочности σuts при продолжающемся снижении δ₀.₂. Обнаружено, что при больших деформациях РРК способствует развитию рекристаллизации in situ, что обеспечивает высокий уровень пластических свойств при сохранении значительного уровня прочностных характеристик. Peculiarities of severe combined deformation by simultaneous tension and alternating twisting (TAT) have been studied. A change in the direction of twisting has been shown to result in decreasing arbitrary yield point δ₀.₂. It has been found that the phenomenon is due to a partial annihilation of defects when the direction of twisting is changed. An increase in the degree of deformation results in the increase of ultimate strength δuts with δ₀.₂ decreasing. It has been detected that at severe deformations the TAT favours the in situ development of recrystallization, thus providing a high level of plastic properties with high strength characteristics conserved. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением Зміна фізико-механічних властивостей і структурна перебудова міді при комбінованій інтенсивній пластичній деформації різноспрямованим крученням Changes in physico-mechanical properties and rearrangement of copper structure under combined severe plastic deformation by alternating twisting Article published earlier |
| spellingShingle | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением Пашинская, Е.Г. |
| title | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением |
| title_alt | Зміна фізико-механічних властивостей і структурна перебудова міді при комбінованій інтенсивній пластичній деформації різноспрямованим крученням Changes in physico-mechanical properties and rearrangement of copper structure under combined severe plastic deformation by alternating twisting |
| title_full | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением |
| title_fullStr | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением |
| title_full_unstemmed | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением |
| title_short | Изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением |
| title_sort | изменение физико-механических свойств и структурная перестройка меди при комбинированной интенсивной пластической деформации разнонаправленным кручением |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70246 |
| work_keys_str_mv | AT pašinskaâeg izmeneniefizikomehaničeskihsvoistvistrukturnaâperestroikamediprikombinirovannoiintensivnoiplastičeskoideformaciiraznonapravlennymkručeniem AT pašinskaâeg zmínafízikomehaníčnihvlastivosteiístrukturnaperebudovamídíprikombínovaníiíntensivníiplastičníideformacííríznosprâmovanimkručennâm AT pašinskaâeg changesinphysicomechanicalpropertiesandrearrangementofcopperstructureundercombinedsevereplasticdeformationbyalternatingtwisting |