О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле
Исследовано влияние совместного воздействия растягивающей нагрузки и ультразвуковых колебаний на
 деформационное поведение и структурное состояние поликристаллического ванадия. Обнаруженные нестабильности деформации на площадке текучести диаграмм растяжения объясняются локальными изменениями...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2004 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81256 |
| 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: | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле / Г.Н. Малик, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 39-41. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860263701515337728 |
|---|---|
| author | Малик, Г.Н. Мац, А.В. Соколенко, В.И. |
| author_facet | Малик, Г.Н. Мац, А.В. Соколенко, В.И. |
| citation_txt | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле / Г.Н. Малик, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 39-41. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследовано влияние совместного воздействия растягивающей нагрузки и ультразвуковых колебаний на
деформационное поведение и структурное состояние поликристаллического ванадия. Обнаруженные нестабильности деформации на площадке текучести диаграмм растяжения объясняются локальными изменениями структуры, зависящими от амплитуды ультразвукового напряжения.
Досліджено вплив спільної дії навантаження, що розтягує, і ультразвукових коливань на деформаційне
поводження і структурний стан полікристалічного ванадію. Виявлені нестабільності деформації на площадці
текучості діаграм розтягу пояснюються локальними змінами структури, що залежать від амплітуди
ультразвукової напруги.
The influence of conjoined action of tensile loading and ultrasonic oscillations on deformation behaviour and structural state of the polycrystalline vanadium is investigated. The instability of deformation on the yield plateau of
the stress-strain curves is due to local structure changes dependent on amplitude of an ultrasonic stress.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:58:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.11:539.374.620.187
О ДЕФОРМАЦИИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВАНАДИЯ
В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ
Г.Н.Малик, А.В.Мац, В.И.Соколенко
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
г. Харьков, Украина, Е-mail: vsokol@kipt.kharkov.ua
Исследовано влияние совместного воздействия растягивающей нагрузки и ультразвуковых колебаний на
деформационное поведение и структурное состояние поликристаллического ванадия. Обнаруженные неста-
бильности деформации на площадке текучести диаграмм растяжения объясняются локальными изменения-
ми структуры, зависящими от амплитуды ультразвукового напряжения.
ВВЕДЕНИЕ
Структурные изменения в моно- и поликристал-
лах под воздействием ультразвуковых колебаний
(УЗК), как показано, например, в работе [1], харак-
теризуются возникающими зонами пластической де-
формации с высокой плотностью дислокаций и по-
вышенной концентрацией точечных дефектов. Фор-
мируемое в таких условиях структурное состояние
должно быть связано, естественно, с исходным ти-
пом дислокационной структуры и оказывать влия-
ние на закономерности пластического течения при
статическом нагружении. В работе [2] было показа-
но, что ультразвуковое воздействие, осуществляе-
мое в процессе деформировании монокристаллов
меди (ГЦК-решетка) заметно меняет все параметры
кривой деформации. Представляло интерес прове-
сти изучение особенностей деформационного пове-
дения в ультразвуковом поле и изменений структур-
ного состояния металла с другим типом кристалли-
ческой решетки, в частности с ОЦК-решеткой, при
заданном исходном распределении дефектов кри-
сталлической решетки. Исследования в данном
направлении расширяют представления о природе
физических процессов, лежащих в основе упрочне-
ния кристаллов в сложных условиях испытаний.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИ-
МЕНТА
Объектом исследований являлся ванадий – пред-
ставитель ОЦК переходных металлов пятой группы.
Исходные заготовки вырезались из листового вана-
дия технической чистоты (марки ВНПП). Затем за-
готовки деформировались прокаткой при комнатной
температуре на 20% и отжигались в вакууме
(P = 10-5 Торр) в течение 2 ч. В результате в образ-
цах для исследований была создана полигональная
дислокационная структура с текстурными ориенти-
ровками прокатки {100}<110> и {111}<110> и сле-
дующими параметрами: размер полигонов ≈ 1 мкм,
плотность дислокаций в теле полигонов ρ ~ 109 см-2.
Механические испытания путем одноосного рас-
тяжения при комнатной температуре со скоростью
2·10-3 с-1 с наложением ультразвука и без ультразвука
проводились на установке, подробно описанной в
[3]. Ультразвуковое воздействие на частоте 18,5 кГц
с амплитудами смещения А = 6, 8 и 12 мкм начинали
одновременно с нагружением образцов. Дислокаци-
онная структура контролировалась методом просве-
чивающей электронной микроскопии.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис.1 приведены деформационные кривые ва-
надия, соответствующие различным условиям испы-
тания. Из рисунка следует, что общий характер за-
висимостей деформирующего напряжения σ от сте-
пени относительной деформации ε в случае сов-
местного воздействия растягивающей нагрузки и
УЗК не изменился по сравнению с зависимостью σ
(ε), соответствующей только одноосному растяже-
нию. На всех кривых σ(ε) можно выделить: область
немонотонной зависимости (0< ε <0,7%), стадию
слабой зависимости (площадка текучести) и далее –
типичный для ОЦК-металлов участок параболиче-
ского упрочнения. Влияние ультразвукового воздей-
ствия проявляется в том, что с ростом амплитуды
смещения происходит снижение уровня деформиру-
ющих напряжений на всех стадиях; увеличение про-
тяженности площадки текучести, а также появление
на ней осцилляций.
Рис. 1. Кривые нагружения образцов ванадия в об-
ласти равномерной деформации в координатах
σ − ε без приложения УЗК (1) и с приложением УЗК
с амплитудой смещения 6 мкм (2), 8 мкм (3) и12мкм
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (14), с. 39-41
.
39
Немонотонность кривых деформации свидетель-
ствует о возникновении пластических неустойчиво-
стей в процессе испытаний. Как известно [4], появ-
ление ”зуба“ текучести обусловлено отрывом по-
движных дислокаций от атмосфер точечных дефек-
тов и их комплексов. Образовавшаяся затем пло-
щадка текучести, как показали авторы [5], является
“подготовительной” стадией деформации, определя-
емой локальным скольжением дислокации в местах
концентрации напряжений. В нашем случае такими
местами могут быть полигональные границы. При
статических режимах нагружения (см.рис.1, кривая
1) протяженность площадки текучести не превыша-
ет 1%. Далее следует равномерная деформация с
упрочнением, достигающим максимального значе-
ния при ε = 10%. К этому моменту исходная полиго-
нальная структура оказывается разрушенной, и со-
противление пластическому течению определяется
уровнем полей дальнодействующих напряжений
дислокационных скоплений (рис. 2,а). Характер на-
блюдаемого распределения дислокации, в частности
возникновение дислокационных стенок, свидетель-
ствует о протекании процессов зарождения ячеи-
стой структуры.
Эффект разупрочнения кристаллических матери-
алов в результате ультразвукового воздействия об-
наружен достаточно давно и объяснен суперпозици-
ей полей напряжений, создаваемых статическим
усилием и ультразвуковой волной, нагревом образ-
ца, селективным поглощением энергии УЗК струк-
турными дефектами [1]. Диссипация энергии, в
частности на дислокациях, реализуется вследствие
совершения ими вынужденных колебаний под влия-
нием внешнего знакопеременного напряжения, что
наряду с уменьшением жесткости закрепления и
увеличением эффективной длины дислокационной
петли стимулирует поперечное скольжение. Рост
интенсивности протекания такого термоактиваци-
онного процесса, как поперечное скольжение, на-
блюдается при деформировании поликристалличе-
ского ванадия при повышенных температурах [4],
что приводит к уменьшению протяженности стадии
легкого скольжения. Однако из рис. 1, кривые 2-4
видно, что наложение ультразвука на процесс растя-
жения приводит к смещению критической точки
перехода к параболическому упрочнению в область
бóльших деформаций. При А = 12 мкм протяжен-
ность площадки текучести достигает 4%. Кроме
того, в этой области пластической деформации на-
блюдаются периодические микропластические неу-
стойчивости, свидетельствующие о протекании про-
цессов локализации пластической деформации и
очаговом изменении дефектной структуры.
Электронно-микроскопические исследования по-
казали, что для структуры на данном этапе деформа-
ции характерна резкая неоднородность в распреде-
лении дислокации (см.рис. 2,б). Отмечается од-
новременное присутствие нескольких структурных
элементов, обладающих различным сопротивлением
пластическому течению. Такими элементами яв-
ляются микрообъемы с высокой плотностью равно-
мерно распределенных дислокаций (ρ ≈ 9·1010 см-2);
дислокационные границы, разделяющие области с
Рис. 2. Структура ванадия: после деформации рас-
тяжением (ε=10%) (а); после деформации растя-
жением (ε=3,7%) совместно с наложением ультра-
звука (А=12мкм) (б), после деформации растяжени-
ем (ε=10%) совместно с наложением ультразвука
(А=12мкм) (в). ×45000
плотностью дислокаций, не превышающей
2·1010 см-2; высокоугловые границы. Представляется,
что локальный переход от одного структурного со-
стояния к другому (от ансамбля равномерно распре-
деленных дислокаций высокой плотности к дисло-
кационным границам) приводит к разупрочнению.
Микропластическая деформация, сопровождающая-
ся локальным накоплением дислокаций, соответ-
ствует новому подъему деформирующего напряже-
ния. Подвижными дислокациями, помимо освобо-
дившихся от центров закрепления и образовавшихся
по механизму регенеративного размножения, стано-
вятся дислокации, испускаемые первичными мало-
угловыми границами. Такие границы более интен-
сивно “рассыпаются” с повышением уровня терми-
ческой активации [5]. По мере увеличения ампли-
2
туды смещения при ультразвуковом воздействии в
большей степени активизируются как процессы по-
перечного скольжения, зависящие в данном случае
от амплитуды вынужденных колебаний дислокаций,
так и процессы переползания дислокаций вслед-
ствие повышения концентрации генерируемых ва-
кансий [6]. Развитием этих процессов определяется
интенсивность перераспределения дислокации и об-
разования малоугловых границ и, следовательно,
формирование дефектной структуры одного типа во
всем объеме образца. Такая трансформация суб-
структуры приводит к понижению уровня внутрен-
них напряжений и увеличению степени деформа-
ции, необходимой для перехода к стадии с более вы-
соким коэффициентом деформационного упрочне-
ния.
После стадии слабой зависимости σ(ε) дальней-
шая деформация сопровождается монотонным
упрочнением, обусловленным развитием областей с
перестроенной субструктурой. Это происходит в ре-
зультате активизации движения дислокаций из
объема на границы образовавшихся фрагментов,
переползания дислокаций в самих границах, являю-
щихся активными стоками для точечных дефектов.
В результате (рис. 2,в) доминирующим элементом
структуры в области однородной деформации стано-
вятся границы различной мощности, в том числе
межзеренного типа, а дислокации зачастую образу-
ют устойчивые конфигурации в виде сеток.
Фрагментированная структура, сформированная
в ванадии в условиях совместного воздействия
ультразвуковых колебаний и внешних статических
напряжений, обладает меньшим сопротивлением
пластическому течению и определяет бóльший запас
равномерной пластичности материала (см. рис. 1),
чем дислокационные ансамбли, образовавшиеся в
процессе обычной деформации растяжением на ту
же степень. Подобные закономерности изменения
дефектной структуры и параметров кривой упрочне-
ния в сложных условиях испытания по сравнению с
испытаниями в условиях одноосного нагружения,
установленные в настоящей работе для ванадия (ме-
талл с ОЦК-решеткой), соответствуют данным для
меди (металл с ГЦК-решеткой) [2].
ВЫВОДЫ
1. Изучено влияние совместного воздействия
ультразвуковых колебаний и одноосного растяже-
ния на сопротивление пластической деформации и
эволюцию исходной полигональной дислокацион-
ной структуры поликристаллического ванадия.
2. Показано, что немонотонное изменение дефор-
мирующего напряжения на участке площадки теку-
чести связано с локальным перераспределением
дислокаций и, как следствие, наличием в структуре
дефектов различных типов. Локализация пластиче-
ского течения в данных условиях деформирования
обусловлена активизацией процессов поперечного
скольжения и переползания дислокаций.
3. Увеличение амплитуды ультразвуковых коле-
баний приводит к усилению полноты структурных
преобразований на стадии слабой зависимости σ(ε),
определяющей параметры последующего пластиче-
ского течения.
4. Структура, формирующаяся при совместном
воздействии растягивающей нагрузки и ультразву-
ковых колебаний, позволяет реализовать большую
величину равномерной деформации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н.А. Тяпунина, В.В. Благовещенский, Г.М. Зинен-
кова, Ю.А. Ивашкин. Особенности пластической
деформации под действием ультразвука // Изв.
вузов. Физика. 1982, т.25, № 6, с.118-128.
2. И.А. Гиндин, Г.Н. Малик, И.М. Неклюдов,
О.Т. Розумный. Влияние ультразвуковых колеба-
ний на параметры кривой упрочнения монокри-
сталлов меди // Изв. вузов. Физика. 1972, № 2,
с.51-56.
3. И.А. Гиндин, И.М. Некдюдов. Физика программ-
ного упрочнения. Киев: «Наукова думка», 1979,
146 с.
4. Ван Бюрен. Дефекты в кристаллах. М.: «Иностр.
Лит.», 1962, 548 с.
5. О.И. Баньковский, И.Д. Горная, В.Ф. Моисеев.
Особенности деформационного упрочнения мо-
нокристаллического ванадия // УФЖ. 1985, т.30,
№ 3, с.406-410.
6. Е.Э. Засимчук, С.И. Селицер. Механическая неу-
стойчивость дислокационной ячеистой структу-
ры // Металлофизика. 1982, т.4, № 6, с.75-80.
7. А.В. Кулемин А.В. Ультразвук и диффузия в ме-
таллах. М.: Металлургия, 1978, 198с.
ПРО ДЕФОРМАЦІЮ ПОЛІКРИСТАЛІЧНОГО ВАНАДІЮ
В УЛЬТРАЗВУКОВОМУ ПОЛІ
Г.М.Малік, О.В.Мац, В.І.Соколенко
Досліджено вплив спільної дії навантаження, що розтягує, і ультразвукових коливань на деформаційне
поводження і структурний стан полікристалічного ванадію. Виявлені нестабільності деформації на площадці
текучості діаграм розтягу пояснюються локальними змінами структури, що залежать від амплітуди
ультразвукової напруги.
ABOUT DEFORMATION OF POLYCRYSTALLINE VANADIUM
IN THE ULTRASONIC FIELD
G.N. Malik, A.V. Mats, V.I. Sokolenko
The influence of conjoined action of tensile loading and ultrasonic oscillations on deformation behaviour and
3
structural state of the polycrystalline vanadium is investigated. The instability of deformation on the yield plateau of
the stress-strain curves is due to local structure changes dependent on amplitude of an ultrasonic stress.
4
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
Введение
Выводы
Литература
Г.М.Малік, О.В.Мац, В.І.Соколенко
G.N. Malik, A.V. Mats, V.I. Sokolenko
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81256 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:58:09Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Малик, Г.Н. Мац, А.В. Соколенко, В.И. 2015-05-13T19:06:20Z 2015-05-13T19:06:20Z 2004 О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле / Г.Н. Малик, А.В. Мац, В.И. Соколенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 39-41. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81256 669.11:539.374.620.187 Исследовано влияние совместного воздействия растягивающей нагрузки и ультразвуковых колебаний на
 деформационное поведение и структурное состояние поликристаллического ванадия. Обнаруженные нестабильности деформации на площадке текучести диаграмм растяжения объясняются локальными изменениями структуры, зависящими от амплитуды ультразвукового напряжения. Досліджено вплив спільної дії навантаження, що розтягує, і ультразвукових коливань на деформаційне
 поводження і структурний стан полікристалічного ванадію. Виявлені нестабільності деформації на площадці
 текучості діаграм розтягу пояснюються локальними змінами структури, що залежать від амплітуди
 ультразвукової напруги. The influence of conjoined action of tensile loading and ultrasonic oscillations on deformation behaviour and structural state of the polycrystalline vanadium is investigated. The instability of deformation on the yield plateau of
 the stress-strain curves is due to local structure changes dependent on amplitude of an ultrasonic stress. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле Про деформацію полікристалічного ванадію в ультразвуковому полі About deformation of polycrystalline vanadium in the ultrasonic field Article published earlier |
| spellingShingle | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле Малик, Г.Н. Мац, А.В. Соколенко, В.И. Чистые материалы и вакуумные технологии |
| title | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле |
| title_alt | Про деформацію полікристалічного ванадію в ультразвуковому полі About deformation of polycrystalline vanadium in the ultrasonic field |
| title_full | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле |
| title_fullStr | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле |
| title_full_unstemmed | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле |
| title_short | О деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле |
| title_sort | о деформации поликристаллического ванадия в ультразвуковом поле |
| topic | Чистые материалы и вакуумные технологии |
| topic_facet | Чистые материалы и вакуумные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81256 |
| work_keys_str_mv | AT malikgn odeformaciipolikristalličeskogovanadiâvulʹtrazvukovompole AT macav odeformaciipolikristalličeskogovanadiâvulʹtrazvukovompole AT sokolenkovi odeformaciipolikristalličeskogovanadiâvulʹtrazvukovompole AT malikgn prodeformacíûpolíkristalíčnogovanadíûvulʹtrazvukovomupolí AT macav prodeformacíûpolíkristalíčnogovanadíûvulʹtrazvukovomupolí AT sokolenkovi prodeformacíûpolíkristalíčnogovanadíûvulʹtrazvukovomupolí AT malikgn aboutdeformationofpolycrystallinevanadiumintheultrasonicfield AT macav aboutdeformationofpolycrystallinevanadiumintheultrasonicfield AT sokolenkovi aboutdeformationofpolycrystallinevanadiumintheultrasonicfield |