Анотація до роботи:

Дехтяр О. І. Структурний аспект високотемпературної повзучості тугоплавких металів і сплавів. Дисертація у вигляді рукопису на здобуття вченого ступеня доктора фізико-математичних наук. Спеціальність 01.04.13 – фізика металів. Інститут металофізики імені Г. В. Курдюмова НАН України, м. Київ, 2003 р.

В роботі встановлено фізичну природу впливу субструктури на поведінку тугоплавких металів під час високотемпературної повзучості. Встановлено механізми повзучості металів у різних станах (вихідному, чи попередньо зміцненому) та різних областях напружень (низьких, чи високих). Отримано загальне рівняння для швидкості повзучості d-металів з узагальненим структурним параметром, який описує вплив дислокаційної мікроструктури на різних масштабних рівнях та електронної структури. Визначено критерії найефективніших попередніх обробок, що обумовлюють максимальний опір повзучості. Встановлено природу поступової зміни дислокаційної повзучості на дифузійну за довготривалих випробовувань зігнених монокристалів Мо і W. Встановлено механізми впливу неоднорідностей розподілу атомів різних легуючих елементів на високотемпературну повзучість монокристалів твердих розчинів на основі Мо і W.

1. Показано, що повзучість металів з ГЦК і ОЦК гратками за високих температур (0,57-0,65 T_m) є термічно активований процес, що описується ступеневим законом залежності швидкості деформації від прикладеного напруження, в якому показник ступеня при напруженні дорівнює 4-5 за низьких напружень і 8-10 за високих. Встановлено, що швидкість усталеної повзучості за будь-яких напружень та після попереднього субструктурного зміцнення контролюється переповзанням крайових компонент дислокацій, а не поперечним ковзанням гвинтових дислокацій в області високих напружень, як вважалося раніше.

2. Запропоновано механізм повзучості для області високих напружень, згідно з яким швидкість деформації контролюється колективним переповзанням сильно взаємодіючих крайових компонент дислокацій різних систем в субграницях. Взаємодія має місце завдяки градієнту напружень між дислокаційними системами. Вона здійснюється через короткозамкнений потік вакансій від одної системи дислокацій, що є ідеальним джерелом вакансій, до іншої, що є ідеальним стоком вакансій. Запропонована модель передбачає багаторазове підвищення швидкості переповзання дислокацій і пояснює високе значення показника ступеня при напруженні в рівнянні повзучості.

3. Встановлено, що швидкість високотемпературної повзучості за будь-яких прикладених напружень та в будь-який момент часу кількісно визначається внеском ядер дислокацій в розширення вузлів оберненої гратки відповідних площин ковзання. Цей внесок враховує всі структурно чутливі характеристики металів (елементи дислокаційної структури, розмір дислокаційного ядра, концентрацію електронів, що зв’язують атоми). На цій основі запропоновано рівняння для швидкості повзучості з узагальненим структурним параметром, який є інваріантним по відношенню до температури і величини навантаження і в загальному вигляді характеризує вплив параметрів мікроструктури металу на швидкість повзучості. Встановлено сталість цього параметра на усталеній стадії повзучості металів.

4. Показано, що попереднє субструктурне зміцнення в умовах високотемпературної повзучості пов’язане, по-перше, з бар’єрним ефектом сформованих стійких субграниць, складених з дислокацій різних систем, що блокують ковзання, але одного знаку по відношенню до кожної системи ковзання, по-друге – з утворенням високої густини петель, диполів та гелікоїдів, що обмежують міграцію субграниць. Встановлена роль петель, диполів та гелікоїдів у знеміцненні металів при досягненні критичного напруження, яка полягає у можливості анігіляції їх крайових компонент з крайовими компонентами дислокацій в субграницях. Останнє призводить до руйнування субграниць.

6. Встановлено явище безперервного зменшення швидкості повзучості попередньо зігнених монокристалів молібдену і вольфраму протягом 3000 годин. Показано, що це явище пов’язане із вичерпанням дислокаційної повзучості і поступовою зміною її на дифузійну повзучість завдяки поступовому вичерпанню крайових дислокацій за рахунок переповзання. Показано, що попередня пластична деформація згином є найефективнішим способом субструктурного зміцнення, який забезпечує зниження швидкості повзучості на 4-5 порядків у порівнянні з незміцненим станом.

6. Розвинені уявлення про електронну структуру d-металів. Встановлено основну особливість d-металів, яка полягає у тому, що частка зовнішніх d-електронів флуктує відносно рівня Фермі завдяки близьким значенням енергії взаємодії цих електронів з майже вільними sp-електронами валентної зони та з електронами іонного остову. Показано, що такі особливості електронної структури d-металів чітко виявляються експериментально методом позитронно-електронної анігіляції, який дає реальний розподіл електронів у валентній зоні.

На основі реального розподілу електронів запропоновано псевдопотенціал для d-металів, який дозволяє описувати міжатомну взаємодію і правильно розраховувати повну енергію зв’язку (когезії, або сублімації) цих металів.

7. Встановлена основна причина зміни у твердих розчинах механізму повзучості переповзання крайових дислокацій на в’язке ковзання дислокацій із зростанням концентрації легуючого елементу. Вона пов’язана з неоднорідним розподілом атомів легуючого елементу, при якому нижче критичної концентрації ці атоми розташовані в межах ростових дислокацій, а вище цієї концентрації вони починають заповнювати об’єми кристалу без дислокацій. Вперше запропоновано механізм впливу розподілу легуючих атомів уздовж дислокаційних ядер, однорідного, у вигляді рівномірного ланцюжка атомів, чи кластеризованого, в залежності від співвідношення енергій когезії металу-основи і легуючого металу, на поведінку при повзучості оптимально легованих монокристалів з комірчасто-волокнистими мікросегрегаціями. Показано, що рівномірний тип розподілу призводить до більшого підвищення опору повзучості.

8. Запропоновано концепцію використання тепла, що безповоротно втрачається, для підвищення КПД теплових електростанцій та для додаткового отримання високоякісної сталі в металургійних агрегатах за допомогою ТЕП, в яких застосовуються субструктурно зміцнені електроди, що працюють за високих температур. Показано, що окупність впровадження становить близько 3 років.

Основні результати дисертації викладено в опублікованих роботах:

1. Дехтяр А. И. Некоторые закономерности изменения микротвердости разбавленных твердых растворов железа в d-переходных металлах // Сб. «Металлофизика», вып. 65. – Киев: Наукова думка. – 1976. – С. 90-92.

2. Гаврилюк В. Г., Дехтяр А. И., Прокопенко В. Г. Влияние легирующих элементов на электронную структуру и расщепление дислокаций в -железе // Физика металлов и металловедение. – 1981. – Т. 52, № 5. – С. 1091-1094.

3. Беломытцев Ю. С., Гундарев С. Н., Демченко Л. В., Дехтяр А. И., Засорин И. П., Кононенко В. А., Матвиенко Л. Ф., Овсиенко Д. Е., Соснина Е. И. Механические свойства монокристаллов молибдена и его сплавов при высоких температурах // Известия АН СССР. Металлы. – 1984. – №1. – С. 90-96.

4. Демченко Л. В., Дехтяр А. И., Кононенко В. А. Высокотемпературная ползучесть монокристаллических колец молибдена и вольфрама // Металлофизика. – 1984. – Т.6, № 3. – С. 112-113.

5. Демченко Л. В., Дехтяр А. И., Кононенко В. А. Термическая устойчивость субструктуры изогнутых монокристаллов молибдена // Металлофизика. – 1984. – Т. 6, № 4. – 85-86.

6. Кобяков В. П., Кононенко В. А., Дехтяр А. И. Наследование субструктуры деформированной монокристаллической молибденовой подложки эпитаксиальным осадком вольфрама // Доклады АН СССР. – 1987. – Т. 294, № 4. – С. 856-860.

7. Демченко Л. В., Дехтяр А. И., Кононенко В. А., Рябошапка К. П. Распределение дислокаций в монокристаллах молибдена, подвергнутых различным обработкам // Металлофизика. – 1989. – Т. 11, № 4. – С. 84-86.

8. Дехтяр А. И., Мадатова Э. Г., Зубарев П. В., Кононенко В. А., Синцов А. Г., Тачкова Н. Г. Особенности распределения атомов ниобия в монокристаллах сплавов молибден-ниобий и их влияние на ползучесть // Металлофизика. – 1993. – Т. 15, № 3. – С. 60-67.

9. Дехтяр А. И., Моисеева И. В., Старжинский А. П. Изменение дислокационной структуры по глубине изогнутых монокристаллов вольфрама // Металлофизика и новейшие технологии. – 1995. – Т. 17, № 5. – С. 45-50.

10. Дехтяр А. И., Демченко Л. В., Старжинский А. П. Особенности пластического изгиба монокристаллов молибдена и вольфрама и стабильность структуры при высокотемпературных воздействиях // Физика металлов и металловедение. – 1995. – Т. 80, № 3. – С. 155-163.

11. Дехтяр А. И., Кобяков В. П. Жаропрочность монокристаллических вольфрамовых электродов термоэмиссионных преобразователей // Атомная энергия. – 1995. – Т. 79, № 1. – С. 13-18.

12. Барьяхтар В. Г., Дехтяр А. И., Кобяков В. П. Проблемы и перспективы прямого термоэмиссионного преобразования неиспользуемой тепловой энергии в электрическую тепловых электростанций и металлургических агрегатов // Доповіді НАН України. – 1996. – № 7. – С. 85-90.

13. Дехтяр А.И., Овсиенко Д.Е., Соснина Е. И. Влияние ростовой анизотропии на высокотемпературную ползучесть монокристаллов молибден-иридий // Металлофизика и новейшие технологии. – 1997. – Т. 19, № 4. – С. 74-82.

14. Дехтяр А. И., Соснина Е. И. Физико-технологические основы оптимального легирования монокристаллов тугоплавких металлов.ІІІ. Высокотемпературная ползучесть оптимально легированных монокристаллов молибдена // Металлофизика и новейшие технологии. – 2000. – Т. 22, № 7. – С. 72-80.

15. Дехтяр А. И. Закономерности высокотемпературной ползучести монокристаллов молибдена и вольфрама в исходном и субструктурно упрочненном состоянии // Металлофизика и новейшие технологии. – 2000. – Т. 22, № 12. – С. 73-80.

16. Дехтяр А. И. Вклад дислокационных ядер в рассеяние рентгеновских лучей кристаллами с дислокациями // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 43, № 5. – С. 818-821.

17. Дехтяр А. И. Субструктурный фактор в уравнении высокотемпературной ползучести // Металлофизика и новейшие технологии. – 2001. – Т. 23, № 1. – С. 123-128.

18. Дехтяр А. И., Колесник В. Н., Патока В. И., Шевченко Н. А. Аномально высокое содержание сильно связанной воды в пластически изогнутом монокристалле вольфрама // Металлофизика и новейшие технологии. – 2001. – Т. 23, № 3. – С. 335-344.

19. Дехтяр А. И. Структурный фактор в уравнении высокотемпературной ползучести металлов при различных напряжениях // Металлофизика и новейшие технологии. – 2001. – Т. 23, № 12. – С. 1671-1675.

20. Дехтяр А. И., Карасевская О. П., Моисеева И. В., Петров Ю. Н., Пищак В. К., Трофимова Л. Н. Структурные особенности высокотемпературной ползучести монокристаллов молибдена в широком интервале приложенных напряжений. І. Исходное состояние // Металлофизика и новейшие технологии. – 2002. – Т. 24, № 1. – С. 87-111.

21. Дехтяр А. И., Карасевская О. П., Моисеева И. В., Петров Ю. Н., Пищак В. К., Трофимова Л. Н. Структурные особенности высокотемпературной ползучести монокристаллов молибдена в широком интервале приложенных напряжений. ІІ. Субструктурно упрочненное состояние // Металлофизика и новейшие технологии. – 2003. – Т. 25, № 2. – С. 205-225.