Анотація до роботи:

Пойда В.П. Вплив структурного стану і дії зовнішніх факторів на структурну надпластичність і руйнування алюмінієвих сплавів, що деформуються.– Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Науково-технічний центр електрофізичної обробки НАН України, м. Харків, Україна, 2003.

Дисертацію присвячено вивченню впливу структурного стану і дії зовнішніх факторів (температури, механічного напруження і деяких видів опромінення) на надпластичну деформацію і руйнування зразків ряду алюмінієвих сплавів, що деформуються.

Досліджено ефект структурної надпластичності, механізми надпластичної деформації і особливості її локалізації, механізми росту пор, імовірні причини часткового плавлення зразків деяких з досліджених сплавів в умовах високотемпературної структурної надпластичності, механізми формування і розвитку волокнистих утворень, механізми руйнування в умовах надпластичної течії.

Встановлено температурно-швидкісні умови деформування зразків ряду алюмінієвих сплавів з матричною структурою, дотримання яких дає можливість цілеспрямовано суттєво підвищувати їх пластичність завдяки переведення у надпластичний стан.

У результаті проведеного комплексу досліджень вирішена поставлена проблема і визначені температурно-швидкісні умови проявлення ефекту звичайної мікрозеренної і високотемпературної СНП, а також установлена суть впливу структурного стану і дії зовнішніх факторів (температури, механічного напруження і деяких видів опромінення) на НПД і руйнування зразків ряду алюмінієвих сплавів, що деформуються.

Основні наукові і практичні результати роботи можна сформулювати у вигляді таких узагальнюючих висновків:

1. Вперше експериментально встановлені оптимальні температурно-швидкісні умови проявлення ефекту звичайної мікрозеренної і високотемпературної СНП зразками алюмінієвих сплавів, що деформуються, (1201, 1420, 1421, 1423, 1450, Al – 4,1мас%Cu – 0,5мас. %Zr (типу «супрал»), Al – 4,1мас.%Mg – 0,5мас.%Zr, Al – 1,0мас.%Mg – 1,0мас.%Cu – 0,6мас.%Si – 0,3мас.%Mn – 0,1мас.%Zr (типу «авіаль») з конкретним структурним станом при їх деформуванні на повітрі в режимі повзучості при постійному діючому напружені та високих гомологічних температурах і визначені феноменологічні показники їх НП течії. Установлено, що головний з них, відносне видовження зразків до зруйнування , залежить від їхнього структурного стану і змінюється для всіх досліджених сплавів в інтервалі значень від 200% до 900%.

2. Вперше експериментально показано, що найбільш ефективним з методів, які можуть бути застосовані для формування ультрадрібнозернистої структури в зразках сплавів 1450, 1420, 1423, Al – 4,1мас.%Mg – 0,5мас.%Zr з вихідною нерівноважною грубозернистою структурою, є динамічна рекристалізація, яка здійснюється на початкових етапах їх течії у режимі повзучості.

3. Встановлено, що зразки усіх досліджених сплавів у ході НП течії накопичують зерномежеву несуцільність. На прикладі дослідження НПД зразків сплаву типу «супрал», які проявили найвищі показники надпластичності, установлено взаємозв'язок між морфологією зерномежевої пористості і локальною неоднорідністю деформаційних і акомодаційних процесів. Досліджено механізми росту ізольованих індивідуальних пор і пор-комплексів у ході НПД зразків. Показано, що ріст цих типів зерномежевих несуцільностей, а також розвиток і інших її видів, здійснюється за деформаційно-дифузійним механізмом. У результаті вивчення кінетики розвитку зерномежевих пор на різних етапах НП течії зразків досліджених сплавів установлено, що зерномежеві пори відіграють важливу роль в утворенні нової поверхні зразків за рахунок розвитку ЗМП. Завбачено, що інтенсивне ЗМП у ході НПД може приводити, зокрема, до так званого «вбудовування» зерен, яке здійснюється завдяки їх поетапному виходу крізь пори із глибинних шарів робочої частини зразків на її поверхню, що за умови сталості об’єму робочої частини зразків і ефективного здійснення мікроакомодаційних процесів забезпечує їх великі відносні видовження до зруйнування.

4. Аналіз температурних умов проявлення високотемпературної СНП зразками алюмінієвих сплавів 1420, 1421, 1423 і типу «авіаль» з матричною структурою, результатів термогравіметричних досліджень і кінетики фазових перетворень, що проходять при підігріванні зразків до температури випробувань і в ході їх надпластичного деформування, показав, що процес течії зразків цих сплавів здійснюється при наявності в них на міжкристалітних межах рідкої фази.

5. У зразках сплавів 1420, 1421, 1423 і типу «авіаль», деформованих в умовах високотемпературної СНП, уперше виявлені волокнисті утворення, які іноді мають краплеподібні фрагменти. Окремі волокна чи пучки з них розташовані переважно паралельно осі розтягування зразків і закріплені на межах зерен, перпендикулярних напрямку розтягування, які утворюють внутрішні стінки тих пор і тріщин, у яких ці волокна виявлені. Досліджено морфологію і хімічний склад волокон у надпластично деформованих зразках сплавів типу «авіаль», 1420, 1421. Установлено, що концентрація основних легуючих елементів у волокнах і, зокрема, магнію значно вища від середньої за зразком, що свідчить про те, що матеріал, з якого складаються волокна, у ході НПД перебував у рідко-твердому стані і являв собою розплав, що містив дисперсні оксидні плівки, наявність яких приводить до істотного підвищення його в'язкості і зниження рідкотекучості.

6. Установлено, що волокна, виявлені в приповерхневих порах і тріщинах зразків сплавів 1420, 1421, 1423 і типу «авіаль», які були надпластично деформовані при високих гомологічних температурах, утворюються і розвиваються при розкритті пор і тріщин у результаті здійснення в’язкої течії рідко-твердого матеріалу, що знаходиться на межах зерен, перпендикулярних напрямку осі розтягування зі швидкістю, яка дорівнює швидкості росту деформаційних зерномежевих пор. Запропоновано схему кінетики утворення і розвитку волокон у ході НПД зразків, що містять на міжкристалітних межах осередки в’язкої рідкої фази.

7.Експериментально досліджено і всебічно проаналізовано механізми НП течії в умовах звичайної мікрозеренної і високотемпературної СНП. Показано, що кінетиці розвитку НПД зразків усіх досліджених сплавів на мезоскопічному рівні загалом найбільш точно відповідає еклектична модель Джифкінса. Для випадку НП течії зразків в умовах високотемпературної СНП ця модель повинна бути доповнена механізмом в’язкої формозміни зерен і механізмами зерномежевого і фазомежевого проковзування, які здійснюються при наявності на міжкристалітних межах осередків рідкої фази, що утворилися через часткове плавлення сплаву.

8. На прикладі сплавів 1450 та 1421 визначені значення ефективних енергій активації НПД зразків, деформованих в умовах звичайної мікрозеренної та високотемпературної СНП. Показано, що перший етап течії зразків сплаву 1450, які проявили звичайну мікрозеренну СНП, на якому одночасно відбувається і формування в них ультрадрібнозернистої структури, контролюється об'ємною самодифузією, а для другого етапу течії, який є надпластичним, основним механізмом НПД є ЗМП, що контролюється зерномежевою дифузією. Установлено, що зі зростанням температури випробувань зразків сплаву 1421, які проявили високотемпературну СНП, значення ефективної енергії активації їх НПД зростає. Висловлено припущення, що ця зміна величини ефективної енергії активації пов'язана зі зміною механізмів ЗМП і його акомодації, обумовленою локальним плавленням сплаву на міжкристалітних межах.

9. Установлено, що руйнування зразків досліджених сплавів в умовах СНП здійснюється у результаті об’єднання ізольованих зерномежевих пор, спричинененого значним накопиченням у них пористості в ході НПД і утворення та розвитку магістральних тріщин, яке здійснюється за рахунок ЗМП зерен, що межують із порами, та локалізації пластичної деформації в тих мікрооб’ємах робочої частини зразків, які ці пори розділяють. Міжкристалітна декогезія на великій кількості міжзеренних і міжфазних меж, по яких розгалужені магістральні тріщини, що поширюються у робочій частині зразків досліджених сплавів на етапі їх передруйнування, і розрив перетинок між порами – «внутрішніх мікрошийок» приводять до руйнування зразків. Його тип, як показав аналіз численних фрактограмм, для зразків усіх досліджених сплавів на макрорівні є квазікрихким, а на мікрорівні – змішаним. На фрактограмах зламів зразків сплавів, що проявили високотемпературну СНП, виявлені структурні елементи, що свідчать про те, що остаточне руйнування зразка у цих умовах деформування відбувалося після розриву перетинок між порами, які утворилися у ході НП течії з матеріалу, що знаходився у твердому чи у твердо-рідкому стані.

10. Установлено, що опромінення пластин сплавів Д16 і 1201 імпульсним пучком релятивістських електронів приводить до формування в них ультрадрібнозернистої рівноосної структури. Більш високі значення феноменологічних параметрів НП течії попередньо опромінених ультрадрібнозернистих зразків сплаву Д16 у порівнянні з його неопроміненими крупнозернистими зразками можуть бути пов’язані як з відмінністю їх вихідної зеренної структури, так, напевно, і із впливом опромінення на розподіл у зразках частинок зміцнюючих фаз.

11. На підставі аналізу літературних даних і узагальнення власних наукових результатів, отриманих у ході проведення досліджень ефекту СНП, сформульовані рекомендації стосовно структурного стану зразків і температурних умов їх деформування, виконання яких дозволяє цілеспрямовано підвищувати пластичність промислових алюмінієвих сплавів з матричною структурою, що деформуються, за рахунок їх переведення у надпластичний стан.

Основні результати дисертації опубліковані в роботах:

1. Пойда В.П., Кузнецова Р.И., Шапран А.С. Роль зернограничного проскальзывания в пластической деформации пористых поликристаллов. Сверхпластичность // ВАНТ. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». – 1985. – Вып.3 (36). – С. 47 – 50.

2. Сверхпластичность промышленного алюминиевого сплава 1201 в условиях ползучести / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, Г.О. Братенькова, Т.Ф. Сухова // ФММ. – 1989. – Т.67, вып.4. – С. 828 – 831.

3. Эволюция пористости и разрушение сплава Al–4,1%мас.Cu–0,5% мас.Zr в условиях сверхпластического течения / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Н.К. Ценев, А.И. Письменная // Металлофизика. – 1990. – Т.12, №1. – С. 44 – 48.

4. Механизмы развития зернограничных пор и локальная неоднородность деформации в условиях сверхпластического течения / Р.И. Кузнецова, В.В. Брюховецкий, В.П. Пойда, Т.Ф. Сухова // Металлофизика и новейшие технологии. – 1995. – Т.17, №8. – С. 64 – 72.

5. Развитие зернограничной несплошности в ходе сверхпластического течения сложнолегированных алюминиево–литиевых сплавов / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Н.К. Ценев // Функциональные материалы. – 1995. – Т.2, №4. – С. 523 – 527.

6. Структурная сверхпластичность сплава 1423 в условиях ползучести / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Н.К. Ценев // Металлофизика и новейшие технологии. – 1996. – Т.18, № 12. – С. 49 – 54.

7. Пойда В.П. Структурная сверхпластичность в режиме ползучести и структурные характеристики сложнолегированных алюминиево–литиевых сплавов 1420, 1423, 1421, 1450, 1460 // Вісник Харківського державного університету. Серія “Фізика”. – 1998. – № 417, вип. 1. – С. 90 – 95.

8. Влияние морфологии исходной зеренной структуры на анизотропию сверхпластического течения и развитие пористости в алюминиево–литиевых сплавов 1420 и 1423 / Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда, В.М. Андронов В.В. Брюховецкий // Вісник Харківського державного університету. Серія “Фізика”. – 1998. – № 418, вип. 2 – С. 38 – 42.

9. Пойда В.П., Кузнецова Р.И., Брюховецкий В.В. Пористость и структурная сверхпластичность материалов / ВАНТ. Серия “Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение”. – 1998. – Вып.6 (72). – С. 41–53.

10. Высокотемпературная сверхпластичность матричных сплавов на основе алюминия / В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, В.М. Андронов, В.П. Пойда, А.А. Телегин // Металлофизика и новейшие технологии. – 1999. – Т.21, №5. – С.69 – 74.

11. Структурная сверхпластичность, развитие пористости и разрушение конструкционного алюминиево–литиевого сплава 1450 / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, В.В. Брюховецкий, Н.К. Ценев, Т.Ф. Сухова // Металлофизика и новейшие технологии. – 1999. – Т.21, №6. – С. 17 – 23.

12. Пойда В.П., Брюховецкий В.В., Кузнецова Р.И. Влияние исходной волокнистой структуры на структурную сверхпластичность сплава 1420 // Вісник Харківського державного університету. Серія “Фізика.” – 1999. – №440, вип. 3, – С. 80 – 84.

13. Динамика развития пор и объединения несплошностей в условиях сверхпластического течения сплавов на основе алюминия / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, В.М. Андронов, Н.Н. Жуков // Вісник ХНУ. Серія "Физика". - 2000. – №476, вип.4. - С. 150 – 155.

14. Stimulating the superplastic deformation of the Al–Mg–Cu–Si–Mn–Zr alloy by the preliminary pulse electron beam irradiation / V.F. Klepikov, V.V. Bryuhkovetsky, V.P. Poida, R.I. Kuznetsova, N.I. Bazaleev, V.F. Kivshyk, V.V. Uvarov // Uzhhorod University Scientific Herald. Series Physics. – Issue 8, Part one. – 2000. – P. 228 – 230.

15. Влияние облучения на сверхпластическую деформацию сплава на основе алюминия типа “авиаль”/ В.Ф. Клепиков, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда, Н.И. Базалеев, В.Ф. Кившик, В.В. Уваров, Н.И. Гапоненко // Вопросы атомной науки и техники. Серия “Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение”. – 2001 – №2 (79). – С. 31 – 33

16. Влияние морфологии зернограничной несплошности на локализацию сверхпластической деформации сплава Al–Cu–Zr / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, В.В. Брюховецкий, Н.К. Ценев, Т.Ф. Сухова // Металлофизика и новейшие технологии. – 2001. – Т.23, №8. – С. 1003 – 1011.

17. Структурная сверхпластичность в режиме ползучести сплава Al–Mg–Zr / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, Н.К. Ценев, Н.Н. Жуков // Вісник ХНУ.– №516, серія “Фізика”. – 2001. – №516, вип. 5. – С.99 – 103.

18. Влияние импульсного электронного облучения на параметры сверхпластичности дюралюмина / В.В. Брюховецкий, В.В. Литвиненко, В.Ф. Клепиков, Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда, В.Ф. Кившик, В.Т. Уваров // ФиХОМ. – 2002. – № 4. – С. 33 – 38.

19. Сверхпластичность алюминий – литиевого сплава 1421 в области высоких гомологических температур / В.В. Брюховецкий, В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, В.Ф. Клепиков, А.В. Пойда // ФММ.–2002.–Т.94, № 5. – С. 105 – 112.

20. Влияние высокой гомологической температуры на процессы порообразования в ходе сверхпластического течения алюминий–литиевого сплава 1420 / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, А.В. Пойда, В.Ф. Клепиков // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». – 2002. – №6 (82). – С. 65 –68.

21. Энергия активации сверхпластической деформации сплава 1450 системы / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, А.В. Пойда, В.Ф. Клепиков // Вісник ХНУ. Серія “фізика”.–2002.– №558, вип.4. –102 – 107.

22. Формирование и развитие волокнистых образований в ходе сверхпластической деформации матричных алюминиевых сплавов / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, А.В. Пойда, В.Ф. Клепиков // Металлофизика и новейшие технологии. –2003. – Т.25, №1.–С. 117 – 132.

23. Пойда В.П., Кузнецова Р.И. Устойчивость сверхпластического течения и структурные критерии, ее определяющие // Общие задачи и методы исследования пластичности и вязкоупругости материалов и конструкций. Сборник научных трудов. Свердловск. УНЦ АН СССР. – 1986. – С. 83 – 88.

24. Кузнецова Р.И., Пойда В.П. Пористость сверхпластичных материалов / Дефектная структура и свойства реальных твердых тел // Сборник научных трудов ХГУ. – Харьков. – 1990. – С.129 – 151.

25. Кузнецова Р.И., Пойда В.П. Влияние накопления пористости на интенсивность развития зернограничного проскальзывания в сверхпластичных сплавах на основе алюминия // Тезисы докладов III Всесоюзной конференции “Сверхпластичность металлов”. – Ч.1.Тула. – 1986. – С.27–28.

26. Сверхпластическое течение, развитие пористости и разрушение в сплаве 1201 в оптимальных условиях проявления сверхпластичности / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Ю.Э. Добровольская // Тезисы докладов XII Всесоюзной конференции «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов». – 27 – 29 июня 1989 г. Куйбышев. – 1989. – С. 257 – 258.

27. Пойда В.П., Кузнецова Р.И., Сухова Т.Ф. Динамика разрушения сверхпластичных сплавов на основе алюминия // Тезисы докладов 4 Всесоюзной конференции «Сверхпластичность металлов».– Ч.1. – Уфа. – 1989. – С.48 – 49.

28. Пойда В.П., Кузнецова Р.И., Сухова Т.Ф. Фрактографические исследования причин разрушения сверхпластичных сплавов на основе алюминия // Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции «Физика разрушения» – Ч.II. – Киев. – 1989 . – С. 307.

29. Сверхпластичность сплава Al–2,6%мас.Cu–2,2%мас.Li–0,12%мас.Zr в условиях ползучести / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, Н.К. Ценев, Т.Ф. Сухова // Сверхпластичность неорганических материалов. Тезисы докладов 5 конференции. – Уфа. – 1992. – С. 8.

30. Пойда В.П., Кузнецова Р.И., Мищенко В.М. Механизмы роста пор в условиях сверхпластического течения // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов. Тезисы докладов XIII Международной конференции 28 июня – 22 июля 1992 г. Самара. – 1992. – С. 203.

31. Poida V.P., Kuznetsova R.I., Sukhova T.F. Structure superplasticity: mechanism of deformation and fracture // Physics in Ukraine: International Conference. Kiev, 22 – 27 June 1993. Procudings Contributed Papers. Solid State Physics. – Kiev, 1993. – P. 124 – 125.

32. Структурна надпластичність складнолегованих алюмінієво-літієвих сплавів / В.П. Пойда, Р.І. Кузнєцова, Т.П. Сухова, М.К. Ценьов, С.А. Бахарєв // Конструкційні та функціональні матеріали. Теорія, експеримент, взаємодія: Тези доповідей 1 Міжнародної конференції. – Львів, 1993. – С. 139 – 140.

33. Особенности накопления зернограничной несплошности в сложнолегированных алюминиево-литиевых сплавах / В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, В.В. Брюховецкий // Тезисы докладов Первой международной конференции «Актуальные проблемы прочности» 26 – 30 сентября 1994 г. – Новгород. – 1994. –Ч.2. – С.11.

34. Структурная сверхпластичность и разрушение конструкционных сложнолегированных алюминиево–литиевых сплавов 1450, 1421, 1423 в условиях ползучести / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Н.К. Ценев // Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений. Тезисы докладов Международной конференции 24 – 28 июня 1996 г. – Тамбов.– 1996.– С. 105– 107.

35. Закономерности формирования ультрамелкозерниcтой структуры в ходе сверхпластического течения сложнолегированных алюминиево-литиевых сплавов 1450 и 1423 / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Н.К. Ценев // Эволюция дефектных структур в конденсированных средах. Тезисы доклада III Международной школы–семинара 28–3 сентября 1996 г. – Барнаул – 1996. – С. 31.

36. Сверхпластичность и структурные характеристики сплава 1420 / В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда, Н.К. Ценев // Актуальные проблемы прочности. Тезисы доклада XXXII семинара 12 – 14 ноября 1996 г. – С. – Петербург. – 1996. – С. 27 – 28.

37. Локальна неоднорідність надпластичної деформації / В. Андронов, В. Пойда, В. Брюховецький, Р. Кузнецова // Конструкційні та функціональні матеріали.– Матеріали другої міжнародної конференції. Львів 14 – 16 жовтня 1997р.– Видавництво НТШ.–1997.– С. 122.

38. Причины проявления эффекта высокотемпературной сверхпластичности алюминиевыми сплавами / В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда, В.М. Андронов // V Международная школа–семинар “Эволюция дефектных структур в конденсированых средах” (EDS¹2000). – г. Барнаул, Россия. – 24–28 июня 2000г. – С. 103.

39. Влияние размера зерна на показатели сверхпластичности модельного сплава. Al –Mg–Zr / В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, А.В. Пойда, Н.Н. Жуков // Физические явления в твердых телах. Материалы 5^ой Междунар. научн. конф., 25–26 октября 2001г. / Под ред. В.В. Ульянова. – Харьков: ХНУ – 2001. – С. 29.

40. Изменение структуры и сверхпластичных свойств пластин алюминиевых сплавов воздействием импульсного пучка релятивистских электронов / В.Ф. Клепиков, В.В. Брюховецкий, А.В. Пойда, В.В. Литвиненко, В.П. Пойда, В.Ф. Кившик, В.Т. Уваров // Труды 15 международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. – Алушта.– 2002.– С. 322 – 323.