Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия
Изучено влияние температуры деформации при выдавливании бериллия в полосу под углом 90° к направлению приложенной нагрузки на механические свойства, структуру и электрическое сопротивление бериллия. Проведено сравнение свойств с бериллием, полученным прямым выдавливанием. Максимальное значение относ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80061 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия / А.В. Бабун, А.А. Васильев, М.П. Старолат, С.П. Стеценко, О.В. Трембач, С.В. Ховрич, К.В. Ковтун // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 1. — С. 10-15. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80061 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бабун, А.В. Васильев, А.А. Старолат, М.П. Стеценко, С.П. Трембач, О.В. Ховрич, С.В. Ковтун, К.В. 2015-04-10T06:58:03Z 2015-04-10T06:58:03Z 2014 Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия / А.В. Бабун, А.А. Васильев, М.П. Старолат, С.П. Стеценко, О.В. Трембач, С.В. Ховрич, К.В. Ковтун // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 1. — С. 10-15. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80061 669.725.621 Изучено влияние температуры деформации при выдавливании бериллия в полосу под углом 90° к направлению приложенной нагрузки на механические свойства, структуру и электрическое сопротивление бериллия. Проведено сравнение свойств с бериллием, полученным прямым выдавливанием. Максимальное значение относительного удлинения при температуре испытаний 400 °С наблюдается после углового выдавливания при 680 °С и последующего отжига при 750 °С (δ = 56,4%). Определена закономерность повышения отношений электросопротивлений ρ300/ρ77 для выдавленных и отожженных материалов по сравнению с исходной ГИП-заготовкой, что может быть связано с перераспределением примесей после таких обработок. Вивчено вплив температури деформації при видавлюванні берилію в смугу під кутом 90° до напрямку прикладеного навантаження на механічні властивості, структуру і електричний опір берилію. Проведено порівняння властивостей з берилієм, отриманим прямим видавлюванням. Максимальне значення відносного подовження при температурі випробувань 400 ºС спостерігається після видавлювання при 680 ºС і подальшого відпалу при 750 ºС (δ = 56,4%). Визначено закономірність підвищення відносин електроопору ρ300/ρ77 для видавлених і відпалених матеріалів у порівнянні з вихідною ГІП-заготівкою, що може бути пов'язано з перерозподілом домішок після таких обробок. The effect of deformation temperature during extrusion of beryllium in the band at 90° to the direction of the applied load on the mechanical properties, structure and electrical resistance of beryllium. A comparison of the properties of beryllium obtained direct extrusion. The maximum value of elongation at a test temperature of 400 ºC is observed after extrusion at 680 ºC and subsequent annealing at 750 ºC (δ = 56.4%). The regularities of the increasing ratio of the electrical ρ300/ρ77 for extruded and annealed material, as compared with the initial procurement of the HIP, which may be due to the redistribution of impurities after such treatments. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия Вплив температури і схеми видавлювання на властивості берилію Effect of temperature and schemes for extrusion on properties of beryllium Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия |
| spellingShingle |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия Бабун, А.В. Васильев, А.А. Старолат, М.П. Стеценко, С.П. Трембач, О.В. Ховрич, С.В. Ковтун, К.В. Чистые материалы и вакуумные технологии |
| title_short |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия |
| title_full |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия |
| title_fullStr |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия |
| title_full_unstemmed |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия |
| title_sort |
влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия |
| author |
Бабун, А.В. Васильев, А.А. Старолат, М.П. Стеценко, С.П. Трембач, О.В. Ховрич, С.В. Ковтун, К.В. |
| author_facet |
Бабун, А.В. Васильев, А.А. Старолат, М.П. Стеценко, С.П. Трембач, О.В. Ховрич, С.В. Ковтун, К.В. |
| topic |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| topic_facet |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вплив температури і схеми видавлювання на властивості берилію Effect of temperature and schemes for extrusion on properties of beryllium |
| description |
Изучено влияние температуры деформации при выдавливании бериллия в полосу под углом 90° к направлению приложенной нагрузки на механические свойства, структуру и электрическое сопротивление бериллия. Проведено сравнение свойств с бериллием, полученным прямым выдавливанием. Максимальное значение относительного удлинения при температуре испытаний 400 °С наблюдается после углового выдавливания при 680 °С и последующего отжига при 750 °С (δ = 56,4%). Определена закономерность повышения отношений электросопротивлений ρ300/ρ77 для выдавленных и отожженных материалов по сравнению с исходной ГИП-заготовкой, что может быть связано с перераспределением примесей после таких обработок.
Вивчено вплив температури деформації при видавлюванні берилію в смугу під кутом 90° до напрямку прикладеного навантаження на механічні властивості, структуру і електричний опір берилію. Проведено порівняння властивостей з берилієм, отриманим прямим видавлюванням. Максимальне значення відносного подовження при температурі випробувань 400 ºС спостерігається після видавлювання при 680 ºС і подальшого відпалу при 750 ºС (δ = 56,4%). Визначено закономірність підвищення відносин електроопору ρ300/ρ77 для видавлених і відпалених матеріалів у порівнянні з вихідною ГІП-заготівкою, що може бути пов'язано з перерозподілом домішок після таких обробок.
The effect of deformation temperature during extrusion of beryllium in the band at 90° to the direction of the applied load on the mechanical properties, structure and electrical resistance of beryllium. A comparison of the properties of beryllium obtained direct extrusion. The maximum value of elongation at a test temperature of 400 ºC is observed after extrusion at 680 ºC and subsequent annealing at 750 ºC (δ = 56.4%). The regularities of the increasing ratio of the electrical ρ300/ρ77 for extruded and annealed material, as compared with the initial procurement of the HIP, which may be due to the redistribution of impurities after such treatments.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80061 |
| citation_txt |
Влияние температуры и схемы выдавливания на свойства бериллия / А.В. Бабун, А.А. Васильев, М.П. Старолат, С.П. Стеценко, О.В. Трембач, С.В. Ховрич, К.В. Ковтун // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 1. — С. 10-15. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT babunav vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT vasilʹevaa vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT starolatmp vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT stecenkosp vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT trembačov vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT hovričsv vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT kovtunkv vliânietemperaturyishemyvydavlivaniânasvoistvaberilliâ AT babunav vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT vasilʹevaa vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT starolatmp vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT stecenkosp vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT trembačov vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT hovričsv vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT kovtunkv vplivtemperaturiíshemividavlûvannânavlastivostíberilíû AT babunav effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium AT vasilʹevaa effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium AT starolatmp effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium AT stecenkosp effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium AT trembačov effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium AT hovričsv effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium AT kovtunkv effectoftemperatureandschemesforextrusiononpropertiesofberyllium |
| first_indexed |
2025-11-25T17:44:04Z |
| last_indexed |
2025-11-25T17:44:04Z |
| _version_ |
1850519068061204480 |
| fulltext |
10 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89)
УДК 669.725.621
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СХЕМЫ ВЫДАВЛИВАНИЯ
НА СВОЙСТВА БЕРИЛЛИЯ
А.В. Бабун, А.А. Васильев, М.П. Старолат , С.П. Стеценко,
О.В. Трембач, С.В. Ховрич, К.В. Ковтун
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
Е-mail: kkovtun@kipt.kharkov.ua
Изучено влияние температуры деформации при выдавливании бериллия в полосу под углом 90° к на-
правлению приложенной нагрузки на механические свойства, структуру и электрическое сопротивление
бериллия. Проведено сравнение свойств с бериллием, полученным прямым выдавливанием. Максимальное
значение относительного удлинения при температуре испытаний 400 °С наблюдается после углового выдав-
ливания при 680 °С и последующего отжига при 750 °С (δ = 56,4%). Определена закономерность повышения
отношений электросопротивлений ρ300/ρ77 для выдавленных и отожженных материалов по сравнению с ис-
ходной ГИП-заготовкой, что может быть связано с перераспределением примесей после таких обработок.
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивная пластическая деформации (ИПД),
применяемая для получения субмикрозернистых и
наноструктурных материалов, является одной из
важнейших методик получения материалов с высо-
кими механическими свойствами [1]. Одним из та-
ких методов является угловое прессование, где
вследствие использования сдвиговой компоненты
деформации удается повысить эффективность из-
мельчения структуры [2]. Равноканальное угловое
прессование является одним из наиболее активно
развиваемых методов интенсивной пластической
деформации, поскольку позволяет получать доста-
точно массивные заготовки, которые можно исполь-
зовать не только для структурных исследований, но
и для изготовления изделий.
Методы ИПД достаточно хорошо разработаны
при использовании их применительно к металлам,
обладающим достаточной пластичностью и сравни-
тельно низкими температурами плавления [1, 3]. В
работе [4] метод ИПД был использован авторами
для обработки при температуре 950 °С такого хруп-
кого высокотемпературного материала, каким явля-
ется бериллий, и были изучены его структура и ме-
ханические свойства. В работе [5] продемонстриро-
ван потенциал для существенного измельчения зер-
на без разрушения материала при однопроходном
равноканальном угловом прессовании бериллия при
температуре 430 °С.
Целью данной работы является изучение влия-
ния температуры и схемы выдавливания при пла-
стической деформации на механические свойства,
структуру и электрическое сопротивление бериллия.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ
Исходным материалом для деформационной об-
работки являлся бериллий, полученный горячим
изостатическим прессованием (ГИП) распыленного
сферического порошка дистиллированного металла.
Из ГИП-заготовок вырезали образцы в виде цилин-
дров диаметром 14,6 мм, которые помещали в гер-
метичные чехлы из ст. 20 и подвергали деформации
угловым выдавливанием в полосу.
Температуры предварительного нагрева перед
деформацией составляли 950, 850, 750, 680, 500 °С,
а пресс-инструмент нагревали до 360 °С. Для выяв-
ления влияния схемы выдавливания на структуру и
свойства материала при 950 и 500 °С также прово-
дили прямое выдавливание в полосу. На рис. 1 при-
ведены используемые схемы деформации. Внешний
вид полос в оболочках после углового выдавливания
показан на рис. 1,в.
A
A
B
а б
в
Рис. 1. Схемы деформации бериллия при прямом (а),
угловом (б) выдавливаниях и внешний вид полос
из бериллия в стальной оболочке после углового
выдавливания (в)
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89) 11
Из бериллиевых полос электроискровым мето-
дом были вырезаны образцы для исследования ме-
ханических свойств при испытании на растяжение, а
также образцы для проведения структурных иссле-
дований и измерения электросопротивления. Меха-
нические свойства бериллиевых образцов изучали в
состоянии после выдавливания и после рекристал-
лизационного отжига при 750 °С в течение 1 ч.
Для оценки степени дефектности бериллия после
прессования и после отжига при 750 °С измеряли
его электросопротивление при комнатной темпера-
туре и температуре жидкого азота. Сопротивление
измеряли четырехточечным методом.
Структуру бериллия изучали с помощью микро-
скопов: оптического МИМ-10 и электронного
«Tesla-BS-613». Образцы для электронно-
микроскопических исследований готовили методом
струйной электрополировки.
Механические свойства материалов исследовали
на испытательной машине с применением стандарт-
ных методик испытаний на растяжение при темпе-
ратурах 20, 200, 400 и 600 °С в вакууме 1·102 Па.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты механических испытаний образцов
бериллия после углового выдавливания в деформи-
рованном и отожженном при 750 °С состояниях
представлены в табл. 1.
На деформированных образцах, испытанных на
растяжение при температурах от комнатной до
600 °С, наблюдается монотонное снижение прочно-
стных характеристик и повышение пластичности.
После отжига таких образцов при 750 °С наблюда-
ется снижение прочностных характеристик и повы-
шение пластичности с проявлением значительного
(56,4%) максимума при температуре испытаний в
районе 400 °С.
При комнатной температуре прочностные свой-
ства образцов, выдавленных при 500 °С, на 50 МПа
выше, чем у образцов из металла, выдавленного при
950 °С, при практически одинаковой пластичности.
После отжига предел прочности бериллия, дефор-
мированного при 500 °С, также на 50 МПа выше,
чем у деформированного при 950 °С, в то время как
удлинение более чем в два раза выше.
При анализе кривых растяжения образцов, вы-
давленных по схеме рис. 1,б (в координатах нагруз-
ка–деформация), наблюдается существенное разли-
чие в их характере для отожженных и неотожжен-
ных образцов. Типичные кривые для таких образцов
приведены на рис. 2. Так для неотожженных образ-
цов кривая растяжения (кривая 1) после упругого
деформирования достигает максимального значе-
ния, а затем плавно опускается до разрушения об-
разца, что свидетельствует о том, что деформация
локализуется в области образующейся шейки.
Отожженные образцы показывают другой характер
кривых деформации (кривая 2). На этих кривых
можно наблюдать все стадии деформации – упру-
гую деформацию, деформационное упрочнение и
образование шейки перед разрушением. Отличи-
тельной особенностью зависимостей σ-ε для образ-
цов, вырезанных из металла после выдавливания
при 500 °С, является то, что при испытаниях
отожженных образцов на кривых деформации при
температурах испытаний 200 и 400 °С появляются
площадки текучести (см. рис. 2, кривая 3).
Рис. 2. Кривые растяжения образцов бериллия
при температуре испытаний 200 °С:
1 – для металла, выдавленного при 680°С;
2 – для металла, выдавленного при 680°С
и отожженного при 750 °С;
3 – для металла, выдавленного при 500 °С
и отожженного при 750 °С
Измерение величины микротвердости (Нμ) на
различных поверхностях полос бериллия, выдав-
ленных по разным схемам, показало, что после де-
формации при 950 ºС вдоль направления приложен-
ной нагрузки на плоскости А (см. рис. 1,а) и ей про-
тивоположной значения микротвердости одинаковы
и в среднем составляют ∼ 2330 МПа. Тогда как мик-
ротвердость полос бериллия, полученных выдавли-
ванием под углом 90° к направлению приложенной
нагрузки (см. рис. 1,б), в плоскости А составляет
2430 МПа, а в плоскости В (нижней на рис. 1,б) –
2280 МПа.
Проведенный рекристаллизационный отжиг при
750 °С сопровождается снижением значений микро-
твердости материала (в среднем до 1869 МПа) на
всех рассмотренных поверхностях. Снижение тем-
пературы выдавливания бериллия от 950 до 500 °С
сопровождается значительным ростом Нμ. Так, при
деформации бериллия вдоль направления нагрузки
микротвердость повышается до величины
3650 МПа, а для материала после деформации под
углом 90о к направлению нагрузки – повышается до
4780 МПа.
Результаты механических испытаний образцов
бериллия после прямого выдавливания (см. рис. 1,а)
в деформированном и отожженном при 750 °С со-
стояниях представлены в табл. 2.
В отличие от образцов, деформированных по
схеме рис. 1,б, в образцах, полученных прямым
прессованием при 500 оС (см. рис. 1,а), в исходном
состоянии предел прочности на 150 МПа выше, чем
у деформированных при Т = 950 оС.
12 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89)
Таблица 1
Механические свойства бериллиевых образцов в зависимости от температуры углового выдавливания
и температуры испытаний
Механические свойства
Исходные образцы После отжига при 750 °С
Температура
выдавливания,
°С
Температура
испытаний,
°С σв, МПа σт, МПа δ, % σв, МПа σт, МПа δ, %
20 600 504 0,8 513 394 2,6
200 562 516 24,8 472 357 17,7
400 413 402 21 295 238 47950
600 274 248 26 216 190 22
20 549 544 0,5 540 328 4,8
200 517 496 18 392 263 39
400 364 324 20,4 275 206 34850
600 230 174 34,6 197 169 28
20 649 577 1,2 567 339 5,4
200 519 480 21 419 260 39
400 376 359 26 290 218 39750
600 255 218 31 202 173 27,6
20 634 513 1,6 546 325 5
200 516 484 22 410 260 36
400 355 333 27 270 214 56,4680
600 214 136 34 193 163 29
20 650 560 1 560 310 5,6
200 520 460 17 430 280 33
400 340 300 17 280 230 33500
600 200 160 32 200 170 19
Таблица 2
Механические свойства бериллиевых образцов в зависимости от температуры прямого выдавливания
и температуры испытаний
В табл. 3 приведены значения удельного и отно-
сительного электрического сопротивления бериллия
в состоянии после деформации и после отжига при
температуре 750 °С. Видно, что образцы бериллия
после углового прессования обладают относительно
высоким удельным электросопротивлением для ма-
териала, полученного из порошка.
Таблица 3
Электрическое сопротивление бериллия
После прессования После отжига при 750°С, 1 ч Виды обработок заготовок
бериллия ρ77, Ом·см, ×10-7 ρ300/ρ77 ρ77, Ом·см, ×10-7 ρ300/ρ77
ГИП (исх.) – 7,15 – –
ГИП + прям. прес. (950 °С) 6,25 6,83 5,6 7,42
ГИП + угл. прес. (950 °С) 6,32 6,95 5,66 7,44
ГИП + угл. прес. (850 °С) 6,26 6,646 5,73 7,26
ГИП + угл. прес. (750 °С) 6,124 7,08 5,79 7,48
ГИП + угл. прес. (680 °С) 6,478 6,65 5,79 7,48
ГИП + угл. прес. (500 °С) 6,48 6,47 5,7 7,06
ГИП + прям. прес. (500 °С) 6,19 6,06 5,56 6,96
Здесь ρ77 – удельное электросопротивление при температуре жидкого азота; ρ300 – удельное электро-
сопротивление при комнатной температуре; ρ300/ρ77 – отношение электросопротивлений при комнатной
температуре и температуре жидкого азота.
Механические свойства
Исходные образцы После отжига при 750 °С
Температура
выдавливания,
°С
Температура
испытаний,
°С σв, МПа σт, МПа δ, % σв, МПа σт, МПа δ, %
20 496 467 1 504 255 6
200 550 423 22 418 245 20
400 423 404 19,4 281 193 40950
600 283 239 22 178 120 28
20 665 537 0,24 513 361 4,4
200 490 466 19 489 360 38
400 351 313 23 284 249 23500
600 194 167 35 213 176 25,4
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89) 13
Если сравнивать этот порошковый материал с
сильно деформированным литым материалом [6], то
у чистого литого материала эта величина приблизи-
тельно в два раза меньше. Сравнение отношений
сопротивлений ρ300/ρ77 изученного в данной работе
материала с литым деформированным бериллием
указывает на то, что это отношение для литого со-
ставляет около 20, тогда как в нашем случае эта ве-
личина ∼ 6,5 (см. табл. 3).
Отжиг образцов при 750 °С после углового прес-
сования приводит к снижению удельного электро-
сопротивления, что хорошо заметно по значениям
электросопротивления, измеренного при 77 К, и
мало заметно при сравнении этих величин, измерен-
ных при комнатной температуре. Снижение элек-
трического сопротивления и возрастание отношений
сопротивлений ρ300/ρ77 после отжига указывают на
то, что в процессе отжига происходят снижение
плотности дислокаций и перераспределение приме-
сей. Если предположить, что снижение электриче-
ского сопротивления после отжига связано со сни-
жением плотности дислокаций, как это сделано в
работах [6, 7], то по приведенным оценкам оно со-
ставляет величину ΔρD/N≈2·10-17 Ом/см3, где ΔρD –
прирост электрического сопротивления, обуслов-
ленный дислокациями; N – плотность дислокаций.
Плотность дислокаций при отжиге снижается на
3,4·109 см-2, но это значение больше, чем плотность
дислокаций после углового прессования (1·109 см-2).
Вероятно, что снижение электрического сопротив-
ления после отжига связано не только со снижением
плотности дислокаций, но и с перераспределением
примесей.
Особенностью поведения электрического со-
противления бериллия после углового прессования
и последующего отжига является то, что величины
удельных сопротивлений после таких обработок
материала (см. табл. 3) мало зависят от температуры
прессования. Тем не менее, просматривается зако-
номерность повышения отношений электросопро-
тивлений ρ300/ρ77 для выдавленных и отожженных
материалов по сравнению с исходной ГИП-
заготовкой, что может быть связано с перераспреде-
лением примесей после таких обработок.
Распыленные порошки со сферической формой
частиц, которые были использованы для получения
горячим изостатическим прессованием заготовок
для выдавливания, представляют собой закаленные
с высокой скоростью (104...105 град/с) микрослитки
с метастабильной структурой [8, 9]. Вторая особен-
ность таких порошков – высокая чистота по основ-
ным примесям, особенно по содержанию кислорода.
Так, например, содержание кислорода в порошке
фракции −280…+100 мкм составляет 0,2%, что зна-
чительно ниже по cравнению с промышленными
сортами бериллия (0,7…0,9%). На рис. 3 показана
структура компактного материала после ГИП, ил-
люстрирующая равноосную зёренную структуру
металла, которая определяется формой исходных
порошков и схемой приложения нагрузки при ГИП.
Размер зерен в исходных ГИП-заготовках определя-
ется размерами используемых частиц порошка и
находится в пределах 100…280 мкм.
Рис. 3. Микроструктура исходной бериллиевой
заготовки дистиллированного металла, полученного
ГИП распыленного порошка со сферической формой
частиц
На рис. 4 приведена структура бериллиевых об-
разцов, подвергнутых деформации выдавливанием.
В результате выдавливания материала в полосу
вдоль направления приложенной нагрузки (см.
рис. 1,а) зерна компактного бериллия деформируют-
ся, вытягиваясь до толщины 10…20 мкм, большей
частью не измельчаясь. При этом объем такого зер-
на соответствует его исходному объему (см.
рис. 4,а). В случае экструзии компактного материала
по второй схеме (см. рис. 1,б) в условиях более ин-
тенсивной пластической деформации происходит
дробление вытянутых зерен с образованием более
мелких. Практически структура представляет собой
вытянутые вдоль направления деформации зерна.
Кроме того, на поверхности шлифа (см. рис. 4,а,б)
внутри отдельных зерен достаточно четко просмат-
риваются следы блочной структуры с размерами
блоков 2…15 мкм.
а
б
Рис. 4. Микроструктура деформированных
образцов бериллия: а – экструзия вдоль направления
приложенной нагрузки; б – экструзия под углом 90°
к направлению приложенной нагрузки (ИПД)
14 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89)
Электронно-микроскопические исследования
структуры выдавленного материала показали, что
зерна, образующиеся из сферических частиц, состо-
ят из отдельных блоков с малоугловыми границами,
разориентированными на 3…5°, а внутри блоков
наблюдается дислокационная структура из пересе-
кающихся дислокаций. Плотность дислокаций после
деформации мало зависит от температуры заготовки
при прессовании и составляет ∼1·109 см-2. Особенно-
стью структуры исследованного материала является
наличие пленки оксида на поверхности частиц рас-
пыленных порошков, которая при угловом выдавли-
вании разрушается на отдельные частицы и форми-
рует цепочки выделений размером в несколько со-
тен нанометров, распределенных в бериллиевой
матрице.
Отжиг при 750 °С приводит к тому, что в опти-
ческом микроскопе внутри бывших порошинок
можно наблюдать отдельные зерна размером до
30 мкм. Электронная микроскопия показывает, что
внутри этих бывших порошинок наблюдаются от-
дельные блоки с малоугловыми границами размера-
ми от 3 мкм и выше. Плотность дислокаций в таких
материалах снижается и составляет ∼1·108 см-2. Ана-
логичные результаты были получены ранее [10, 11]
на литом бериллии.
Сравнивая значения механических свойств на
температурных зависимостях, полученных при ис-
пытаниях, можно заметить, что температура нагрева
заготовок перед выдавливанием не оказывает значи-
тельного влияния на прочностные свойства. Эти
свойства существенно зависят от температуры ис-
пытаний и применяемого отжига исходных загото-
вок. Для получения максимальной пластичности при
температуре испытаний 400 °С оптимальной являет-
ся температура деформации 680 °С.
Слабая зависимость характеристик прочности и
пластичности от температуры углового прессования
в интервале 950…500 °С может быть связана с не-
значительными отличиями в структуре, формирую-
щейся в этом температурном интервале. Этот вывод
подтверждается исследованием структуры методами
оптической и электронной микроскопии в работе
[12], а также измерениями электрического сопро-
тивления, которое мало зависит от температуры
прессования и снижается практически на одинако-
вую величину при последующем рекристаллизаци-
онном отжиге при 750 °С.
Наблюдаемые после отжига при 750 °С повыше-
ние относительного удлинения и снижение характе-
ристик прочности образцов после углового выдав-
ливания можно связать с перераспределением дис-
локаций и примесей при отжиге. Перераспределение
дислокаций и примесей при такой термообработке
приводит к тому, что плотность дислокаций умень-
шается, расстояния между точками закрепления
дислокаций увеличиваются, что приводит к сниже-
нию стартовых напряжений дислокаций и пределов
упругости материала.
Сравнение механических свойств бериллия по-
сле прямого и углового прессований и последующе-
го отжига показывает, что они мало отличаются при
одинаковых условиях термообработки и испытаний.
Понижение температуры углового выдавливания с
950 до 500 °С не приводит к существенному изме-
нению механических характеристик для материала в
этом температурном интервале, что может иметь
существенное практическое значение при примене-
нии этого метода для получения заготовок целевого
назначения. Сопоставляя результаты этой работы с
данными, полученными в [5], интересно было бы
снизить температуру углового выдавливания еще
хотя бы на 100 °С, однако для бериллия это связано
со значительными техническими трудностями.
ВЫВОДЫ
Изучено влияние температуры пластической де-
формации при выдавливании бериллия в полосу под
углом 90° к направлению приложенной нагрузки на
механические свойства, электрическое сопротивле-
ние и структуру бериллия.
Проведено сравнение различных схем выдавли-
вания на структуру и свойства бериллия. Показано,
что угловое выдавливание приводит к более интен-
сивному измельчению структуры и повышению
пластичности материала.
Особенностью поведения электрического сопро-
тивления бериллия после углового прессования и
последующего отжига является то, что величины
удельных сопротивлений после таких обработок
материала мало зависят от температуры прессова-
ния. Определена закономерность повышения отно-
шений электросопротивлений ρ300/ρ77 для выдавлен-
ных и отожженных материалов по сравнению с ис-
ходной ГИП-заготовкой, что может быть связано с
перераспределением примесей после таких обрабо-
ток.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Р.З. Валиев, И.В. Александров. Нанострук-
турные материалы, полученные интенсивной пла-
стической деформацией. М.: «Логос», 2000, 272 с.
2. А.А. Мазилкин, Б.Б. Страумал, Р.З. Валиев и
др. Структурные изменения в алюминиевых сплавах
при интенсивной пластической деформации // ФТТ.
2007, т. 49, в. 5, с. 824-829.
3. С.В. Добаткин, Л.Л. Рохлин и др. Поведение
при отжиге стареющих сплавов системы Mg-Sm,
подвергнутых интенсивной пластической деформа-
ции // Металловедение и термическая обработка
металлов. 2009, №5.
4. А.В. Бабун, А.А. Васильев, К.В. Ковтун,
М.П. Старолат, С.П. Стеценко, О.В. Трембач,
С.В. Ховрич. Интенсивная пластическая деформа-
ция бериллия – структура и механические свойства
// Физика и техника высоких давлений. 2010, т. 20,
№2, с. 133-142.
5. R.D. Field, K.T. Hartwig, C.T. Necker, J.F. Bin-
gert, and S.R. Agnew. Equal-Channel Angular Extru-
sion of Beryllium // Metallurgical and Materials Trans-
actions. 2002, v. 33A, р. 965.
6. И.И. Папиров, П.И. Стоев, И.А. Тараненко.
Электросопротивление гидроэкструдированного и
отожженного бериллия // ФММ. 1972, т. 34, в. 5,
с. 1022-1026.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89) 15
7. М.П. Старолат, А.А. Васильев, С.П. Стеценко,
К.В. Ковтун. Влияние пластической деформации на
электропроводность высокочистого бериллия //
ВАНТ. Серия «Вакуум, чистые материалы, сверх-
проводники». 2009, №6, с. 49-52.
8. И.С. Мирошниченко. Закалка из жидкого со-
стояния. М.: «Металлургия», 1982.
9. А.В. Бабун, И.М. Неклюдов, В.М. Ажажа,
К.В. Ковтун, А.А. Васильев, Г.Г. Бобылев. Порош-
ковая металлургия бериллия. Современное материа-
ловедение: достижения и проблемы // Техника ма-
шиностроения. М., 2006, №2, с. 2-6.
10. И.А. Тараненко, Г.Ф. Тихинский и др. Обра-
зование полигонизованной и ячеистой структуры в
бериллии // ФММ. 1970, т. 29, №3, с. 619-624.
11. Л.А. Корниенко, А.А. Николаенко, И.А. Та-
раненко. Рекристаллизация ультрамелкозернистого
бериллия // МиТОМ. 1978, №4, с. 78-79.
12. И.А. Тараненко, Г.Ф. Тихинский, И.И. Папи-
ров и др. Получение и свойства мелкозернистого
бериллия // Космические исследования на Украине.
Киев: «Наукова думка», 1976, в. 9, с. 55-61.
Статья поступила в редакцию 31.05.2013 г.
ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ І СХЕМИ ВИДАВЛЮВАННЯ НА ВЛАСТИВОСТІ БЕРИЛІЮ
А.В. Бабун, А.А. Васильєв, М.П. Старолат, С.П. Стеценко, О.В. Трембач, С.В. Ховрич, К.В. Ковтун
Вивчено вплив температури деформації при видавлюванні берилію в смугу під кутом 90° до напрямку
прикладеного навантаження на механічні властивості, структуру і електричний опір берилію. Проведено
порівняння властивостей з берилієм, отриманим прямим видавлюванням. Максимальне значення відносного
подовження при температурі випробувань 400 ºС спостерігається після видавлювання при 680 ºС і подаль-
шого відпалу при 750 ºС (δ = 56,4%). Визначено закономірність підвищення відносин електроопору ρ300/ρ77
для видавлених і відпалених матеріалів у порівнянні з вихідною ГІП-заготівкою, що може бути пов'язано з
перерозподілом домішок після таких обробок.
EFFECT OF TEMPERATURE AND SCHEMES FOR EXTRUSION
ON PROPERTIES OF BERYLLIUM
A.V. Babun, A.A. Vasilyev, M.P Starolat, S.P. Stetsenko, O.V. Trembach, S.V. Hovrich, K.V. Kovtun
The effect of deformation temperature during extrusion of beryllium in the band at 90° to the direction of the ap-
plied load on the mechanical properties, structure and electrical resistance of beryllium. A comparison of the proper-
ties of beryllium obtained direct extrusion. The maximum value of elongation at a test temperature of 400 ºC is ob-
served after extrusion at 680 ºC and subsequent annealing at 750 ºC (δ = 56.4%). The regularities of the increasing
ratio of the electrical ρ300/ρ77 for extruded and annealed material, as compared with the initial procurement of the
HIP, which may be due to the redistribution of impurities after such treatments.
|