Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия
Исследовано влияние термоциклической обработки на микропластические характеристики и поведение в области микродеформаций двух горячепрессованных сортов бериллия, отличающихся технологическими параметрами компактирования и, соответственно, значениями сопротивления микропластическим деформациям. Устан...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2000 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2000
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78231 |
| 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 термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия / В.И. Иванцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 56-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859678651508850688 |
|---|---|
| author | Иванцов, В.И. |
| author_facet | Иванцов, В.И. |
| citation_txt | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия / В.И. Иванцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 56-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследовано влияние термоциклической обработки на микропластические характеристики и поведение в области микродеформаций двух горячепрессованных сортов бериллия, отличающихся технологическими параметрами компактирования и, соответственно, значениями сопротивления микропластическим деформациям. Установлено, что поведение Be при термоциклической обработке (ТЦО) в значительной мере определяется технологией его получения, приводящей к различию в исходных значениях характеристик микропластичности и уровнях внутренних микронапряжений.
|
| first_indexed | 2025-11-30T16:51:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.725.017:539.374
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОПЛА-
СТИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ГОРЯЧЕПРЕССОВАННЫХ СОРТОВ БЕ-
РИЛЛИЯ
В. И. Иванцов
Национальный Научный Центр «Харьковский физико-технический институт»,
г.Харьков, Украина, E-mail: nsc@kipt.kharkov.ua, Тел: (057) 335-62-27.
Исследовано влияние термоциклической обработки на микропластические характеристики и поведение в
области микродеформаций двух горячепрессованных сортов бериллия, отличающихся технологическими
параметрами компактирования и, соответственно, значениями сопротивления микропластическим деформа-
циям. Установлено, что поведение Be при термоциклической обработке (ТЦО) в значительной мере опреде-
ляется технологией его получения, приводящей к различию в исходных значениях характеристик микропла-
стичности и уровнях внутренних микронапряжений.
ВВЕДЕНИЕ
Выбор материалов для прецизионных изделий не-
возможен без детального исследования влияния
структурных и технологических факторов, в частно-
сти, стабилизирующей ТЦО на микропластичность и
размерную стабильность различных сортов бериллия.
В основу методов повышения сопротивления ме-
таллов и сплавов микропластическим деформациям
должен быть положен принцип обеспечения ста-
бильности их структурного состояния в условиях
эксплуатации. Решение указанной задачи может
быть достигнуто на основе следующих методов ста-
билизации [1]:
− термического и термомеханического упрочне-
ния сплавов;
− термоциклического воздействия;
− дорекристаллизационного отжига материалов
и изделий с наклепанным поверхностным сло-
ем;
− термообработки в напряженном состоянии;
− механико-термической обработкой.
Особый интерес представляют исследования
влияния структурных и технологических факторов, а
также ТЦО на микропластичность и размерную ста-
бильность различных сортов бериллия.
Необходимость изучения поведения бериллия
при термоциклировании вызвана следующими об-
стоятельствами:
−отсутствием информации об изменении струк-
туры и свойств бериллия при различных
условиях термоциклирования;
−уточнение возможности снятия 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 может
быть обеспечена только при условии полного прекра-
щения релаксации внутренних напряжений. Поэтому
необходим поиск режимов оптимальных обработок
для снятия внутренних напряжений в бериллии.
В металлах с ГПУ-структурой при изменении
температуры образуются значительные микронапря-
жения, являющиеся следствием анизотропии тепло-
вого расширения зерен. В литературе влияние теп-
лосмен на свойства металлов ранее рассматривалось
чаще в связи с их формоизменением и термической
усталостью [2-4]. Более детальные исследования [5-
7] показали, что путем термоциклирования можно
повышать релаксационную стойкость горячепрессо-
ванного бериллия и изделий из него. При этом было
установлено, что эффективность обработки возрас-
тает с увеличением интервала температур циклиро-
вания и увеличения числа циклов.
Наряду с повышением релаксационной стойкости
ТЦО приводит к увеличению предела упругости σ
0.001 приблизительно в 2 раза. Величина микронапря-
жений после ТЦО ниже, чем после нагрева, соответ-
ствующего эквивалентной выдержке при верхней
температуре цикла. Снижение уровня микронапря-
жений происходит практически за три цикла охла-
ждения и нагрева.
Наблюдаемое повышение сопротивления берил-
лия микропластическим деформациям при длитель-
ном нагружении связывается, главным образом, с
протекающими при теплосменах процессами уско-
ренной релаксации микронапряжений в микро-
объемах и стабилизации структуры.
Поскольку деформация при ТЦО сопровождает-
ся интенсивными процессами возврата, после
нескольких циклов обработки создается стабильная
дислокационная структура, обеспечивающая мини-
мальный уровень микро- и макронапряжений.
1. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для исследования прецизионных характеристик
методом механостатического гистерезиса в данной
работе использована машина для испытания ми-
крообразцов при статическом растяжении конструк-
ции ННЦ ХФТИ. Скорость перемещения захвата со-
ставляла 5.4·10-6 с-1, благодаря чему было обеспече-
но необходимое разрешение измеряемых характери-
стик микропластичности.
В качестве силоизмерителя применяли цилин-
дрический упругий элемент с тензорезисторной си-
стемой измерения нагрузки.
Для измерения деформации образцов использо-
вали датчики сопротивления типа 2ПКБ-20-200 с ба-
зой 20 мм, равной длине рабочей части образцов.
Погрешность определения нагрузки не превыша-
ла ±1%, деформации ±2·10-7 единиц относительной
деформации (е.о.д.).
Образцы для исследования микропластичности
вырезали электроискровым способом, их размеры:
длина рабочей части 20 мм, поперечное сечение 3÷
3.5 мм2. Данное соотношение размеров плоских об-
разцов удовлетворяет условиям обеспечения высо-
кой чувствительности по деформации при использо-
вании тензорезисторов с соответствующей базой.
В экспериментах определяли следующие величи-
ны, характеризующие поведение материалов в обла-
сти микродеформаций (10-7÷10-3 е.о.д.) [8]:
− микроскопический предел упругости σЕ -
напряжение, при котором обнаруживается от-
клонение от линейного упругого поведения
материала при нагружении;
− микроскопический предел текучести σА -
напряжение, при котором наблюдается первая
остаточная деформация ε=2·10-7;
− остаточную деформацию ε после каждого
цикла нагрузки образца;
− модуль Юнга E в области микропластично-
сти.
В качестве исследуемого материала были ис-
пользованы два сорта горячепрессованного берил-
лия ГП 1166 и ГП 1172. Они были получены из по-
рошка бериллия технической чистоты (Fe – 0,17; Mg
–0,014; Si – 0,0013; O – 1,1 %) с фракционным соста-
вом: ≤10µ - 12%, (10…40)µ - 80%, более 40 µ -
остальное. При этом были использованы различные
режимы (температура и давление) уплотнения: ГП
1166…1353 К, 8 МПа; ГП 1172…1493 К, 5 МПа.
Термоциклическую обработку бериллия прово-
дили в интервале температур 873 300 К (масля-
ная ванна) с общим количеством циклов, равным 5.
Скорость изменения температуры составляла около
30 град./с. Часть образцов после ТЦО подвергали
старению при температуре 873 К, 2 ч на воздухе.
Электронно-микроскопические исследования
проводили на электронном микроскопе TESLA-BS-
613 методом тонких фольг “на просвет”.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ
Различие в режимах уплотнения порошка приво-
дит к различным величинам сопротивления ми-
кропластическим деформациям металла (см. табл.).
Возможной причиной этого является различный
уровень остаточных напряжений в исследуемых
партиях горячепрессованного бериллия (рис.1).
В результате термоциклической обработки бе-
риллия с высокими значениями сопротивления ми-
кропластическим деформациям в исходном состоя-
нии (ГП 1166) наблюдается значительное разупроч-
нение (см. табл.). Так, напряжение микротечения σ
при остаточной деформации ε=10-5 снижается в ре-
зультате ТЦО более чем в 4 раза по сравнению с ис-
ходным состоянием. Коэффициент деформационно-
го упрочнения в области деформаций (1,5…6)·10-6
снижается в результате воздействия ТЦО более чем
в 10 раз (с 24,2·106 МПа в исходном состоянии до
2,2·106 МПа после ТЦО) (рис.2, 3).
Рис. 1. Микроструктура бериллия сорта ГП 1166 в
исходном состоянии, ув. 12000
В то же время термоциклическая обработка и
старение при 873 К, 1 ч горячепрессованного берил-
лия с низкими значениями сопротивления ми-
кропластическим деформациям в исходном состоя-
нии оказывает слабое влияние на характеристики
микропластичности (см. табл.).
Согласно данным работы [5] в процессе термо-
циклирования происходит перераспределение дис-
локаций и образование более стабильной структуры
с меньшей плотностью дислокаций в скоплениях и с
более выпрямленными дислокационными петлями и
меньшим количеством порогов на дислокациях.
Вместе с тем одновременно понижается уровень ми-
кронапряжений в металле. В результате повышается
сопротивление металла микропластическим дефор-
мациям при кратковременных и длительных испыта-
ниях. Кроме того, у стареющих сплавов, каким яв-
ляется бериллий [7], при теплосменах, по-видимому,
ускоряются процессы старения, и образуется более
устойчивая структура.
0 20 40 60 80
0
50
100
150
200
ε , 10
-6
σ , МПа
3
2
1
Рис. 2. Зависимость напряжения микротечения σ
от остаточной деформации ε для бериллия пар-
тии 1166: 1 - исходное состояние; 2 - ТЦО 873
300 К и старение 873 К, 1 ч; 3 - ТЦО 873300 К
Характеристики микропластической деформации горячепрессованных сортов
бериллия после различных условий термообработки
Материал, партия Термообработка σ E ,
Мпа
σ A ,
МПа
σ , МПа при ε
2·10-6 1·10-5
ГП 1166
(повышенной
прочности)
исходное состояние 15,0 56,0 121 210
ТЦО 873300 К 20,8 27,0 33 47
ТЦО 873300 К + отжиг
873 К, 1 ч
23,8 38,6 53 74
ГП 1172
(пониженной
прочности)
исходное состояние 9,1 20,7 35 52
ТЦО 873300 К - 26,8 43 60
ТЦО 873300 К + отжиг
873 К, 1 ч
17,4 23,3 32 50
На основании полученных результатов по ТЦО и
старению ГП бериллия можно сделать вывод, что
поведение материалов при термоциклировании в
значительной мере определяется технологией их по-
лучения и уровнем исходных механических свойств
и микронапряжений термического происхождения.
Это согласуется и с результатами нашей предыду-
щей работы, полученными на изостатически прессо-
ванных сортах бериллия [9]. Кроме того, необходи-
мо учитывать, что изменения в пределах паспорт-
ных данных химического состава исходного порош-
ка, особенно по примесям Fe , Si , приводят к зна-
чительным изменениям в поведении компактного
материала при старении.
0 20 40 60 80
20
40
60
80
100
ε, 10
-6
σ, МПа
3
2
1
Рис. 3. Зависимость напряжения микротечения σ
от остаточной деформации ε для бериллия пар-
тии 1172: 1 - исходное состояние; 2 - ТЦО 873
300 К и старение 873 К, 1 ч; 3 - ТЦО 873300 К
3. ВЫВОДЫ
1. Поведение бериллия при ТЦО в значительной
мере определяется технологией его получения,
приводящей к различию в исходных значениях
характеристик микропластичности и уровнях
термических микронапряжений.
2. ТЦО 873300 К горячепрессованного бериллия
с высокими значениями сопротивления ми-
кропластическим деформациям в исходном со-
стоянии приводит к значительному разупрочне-
нию в микропластической области, тогда как у
менее прочного горячепрессованного бериллия
влияние ТЦО на микропластичность слабое.
Данная работа выполнена при поддержке фонда
CRDF.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.И. Гаврюсев. Геометрическая стабильность
металлических приборных конструкций и тех-
нологические методы ее повышения. Л.: ЦНИИ
«Румб», 1981, с. 146.
2. И.Н. Давиденко, В.А. Лихачев. Необратимое
формоизменение металлов при циклическом
тепловом воздействии. М.: «Машиздат», 1962, с.
224 .
3. B.J. Verkin, F.F. Lavrentiev, J.S. Braude, et. al. In-
fluence of Low-Temperature Thermocycling on
Anisotropy of the Structural State of Commercial
Purity Beryllium // Cryst. Res. Technol. 1984. Vol.
19. № 11, р. 1477-1482.
4. Г.А. Малыгин, В.А. Лихачев. Роль анизотропии
теплового расширения и тепловых микронапря-
жений // Зав. лаб. 1966. № 3, с. 335-347.
5. М.Л Хенкин, И.Х. Локшин. Размерная стабиль-
ность металлов и сплавов в точном машино-
строении и приборостроении. М.: «Машино-
строение», 1974, с. 256.
6. Е.Ф. Дударев, Е.Е. Дерюгин. Микропластическая
деформация и предел текучести поликристаллов
// Изв. ВУЗов. Физика. 1982. № 6, с. 43-55.
7. И.Х Локшин, М.Л Хенкин, И.К. Левина. Измене-
ние сопротивления микропластическим дефор-
мациям бериллия при старении // МиТОМ. 1972.
№ 3, с. 54-55.
8. Н. Браун. Наблюдения микропластичности
«Микропластичность». Перев. с англ. М.: «Ме-
таллургия», 1972, с. 37-61.
9. В.И. Иванцов, И.И. Папиров. Микропластичность
и размерная стабильность бериллия // ВАНТ. Серия:
Физика радиационных повреждений и радиаци-
онное материаловедение. 1998. Вып. 6(72), с. 121-
125.
В. И. Иванцов
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78231 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T16:51:32Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Иванцов, В.И. 2015-03-13T06:27:58Z 2015-03-13T06:27:58Z 2000 Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия / В.И. Иванцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 56-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78231 669.725.017:539.374 Исследовано влияние термоциклической обработки на микропластические характеристики и поведение в области микродеформаций двух горячепрессованных сортов бериллия, отличающихся технологическими параметрами компактирования и, соответственно, значениями сопротивления микропластическим деформациям. Установлено, что поведение Be при термоциклической обработке (ТЦО) в значительной мере определяется технологией его получения, приводящей к различию в исходных значениях характеристик микропластичности и уровнях внутренних микронапряжений. Данная работа выполнена при поддержке фонда CRDF. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия Иванцов, В.И. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия |
| title_full | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия |
| title_fullStr | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия |
| title_full_unstemmed | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия |
| title_short | Влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия |
| title_sort | влияние термоциклической обработки на микропластическое поведение горячепрессованных сортов бериллия |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78231 |
| work_keys_str_mv | AT ivancovvi vliânietermocikličeskoiobrabotkinamikroplastičeskoepovedeniegorâčepressovannyhsortovberilliâ |