авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Анизотропия магнитной восприимчивости и текстура пластически деформированных спла- вов на основе титана и циркония

На правах рукописи

Саврасов Константин Викторович

АНИЗОТРОПИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

И ТЕКСТУРА ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННЫХ СПЛА-

ВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ЦИРКОНИЯ

01.04.07 -Физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико–математических наук

Нижний Новгород-2008

Работа выполнена на кафедре общей физики Мордовского государственно го университета им. Н.П.Огарева.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук доцент Нищев Константин Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Дроздов Юрий Николаевич кандидат физико-математических наук Трошин Владимир Николаевич

Ведущая организация: Уральский государственный университет им. А.М.Горького

Защита состоится «25 » июня в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при ГОУ ВПО «Нижегородский государственный универ ситет им. Н.И. Лобачевского » по адресу: 603950, Нижний Новгород, пр.Гагарина,23.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Нижегородско го государственного университета.

Автореферат разослан «24 » мая 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.И. Машин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

Актуальность работы.

Получение металлов и сплавов с заданными свойствами является актуаль ной и практически значимой задачей физического материаловедения. Ключевой стадией процесса получения металлических полуфабрикатов в виде прутков и листовых заготовок, используемых для производства изделий, является пласти ческая деформация. Многочисленными исследованиями установлено, что пла стическая деформация может приводить к значительным изменениям физико механических свойств обрабатываемого материала, причем характер этих изме нений существенно зависит от вида и условий деформации. Всесторонне изуче но влияние пластической деформации металлов и сплавов на их механические свойства. Достаточно подробно исследовались магнитные свойства пластически деформированных сильномагнитных материалов. Вместе с тем практически не изученным остается отмеченный многими исследователями [1, 2] эффект изме нения магнитных свойств диа- и парамагнитных материалов в результате их механической обработки.

Как известно, магнитные свойства диа- и парамагнитных металлов и спла вов не являются их эксплуатационными свойствами. Однако, исследование этих свойств представляет значительный практический интерес, поскольку магнит ные свойства определяются свойствами электронной подсистемы материала, его дефектной структурой и составом. В частности, исследование изменений маг нитных свойств при пластической деформации позволяет получать ценную ин формацию о механизмах пластической деформации слабомагнитных металлов и сплавов.

С этой точки зрения весьма актуальны исследования магнитных свойств слабомагнитных поликристаллических металлов и сплавов с ГПУ-структурой, пластическая деформация которых сопровождается формированием кристалло графической текстуры. К числу таких материалов относятся сплавы на основе титана и циркония.

Ранее в работах Р.А Адамеску, Е.А Митюшова, Н.Д. Реймер [3-5] исследо валась анизотропия магнитной восприимчивости и электрического сопротивле ния пластически деформированных титановых сплавов и циркония. На основа нии этих исследований авторами был сделан вывод о том, что определяющим фактором в эффекте возникновения анизотропии магнитных и электрических свойств данных материалов является текстура. Однако в этих работах магнитная восприимчивость и электрическое сопротивление измерялись лишь в трех глав ных направлениях в образце, определяемых конкретным видом пластической деформации. На наш взгляд, этого объема измерений недостаточно для общего вывода о существовании однозначной связи между текстурой и анизотропией магнитных и электрических свойств сплавов. Такой вывод может быть сделан лишь на основе анализа полных угловых зависимостей магнитной восприимчи вости и электрического сопротивления.

В связи с этим целью работы являлось исследование влияния текстуры на анизотропию магнитной восприимчивости пластически деформированных тита новых и циркониевых сплавов, определяемую из угловых зависимостей магнит ной восприимчивости исследуемых образцов в заданных плоскостях.

Для достижения этой цели диссертантом решались следующие задачи:

1. Создание прецизионной установки для исследования анизотропии магнитной восприимчивости парамагнитных сплавов с возможностью получения пол ной угловой зависимости магнитной восприимчивости в любой заданной плоскости образца.

2. Комплексное исследование кристаллографической текстуры и анизотропии магнитной восприимчивости сплавов на основе Ti и Zr различного состава, подвергнутых пластической деформации прессованием и прокаткой.

3. Изучение влияния всестороннего сжатия на кристаллографическую текстуру титановых сплавов и анизотропию магнитной восприимчивости.

4. Разработка методики расчета угловой зависимости магнитной восприимчи вости в трехмерном пространстве по результатам неполных плоскостных из мерений магнитной восприимчивости.

5. Разработка методики расчета анизотропии механических свойств сплавов с ГПУ–структурой по данным измерения анизотропии их магнитной воспри имчивости.



Научная новизна:

- Созданы новые установки для измерения магнитной восприимчивости пара магнитных сплавов и анизотропии магнитной восприимчивости с чувстви тельностью 210-9см3/г и 110-8см3/г соответственно. Преимуществом установ ки для измерения анизотропии магнитной восприимчивости является возмож ность получения полной угловой зависимости магнитной восприимчивости в любой заданной плоскости образца.

- Проведены детальные сравнительные исследования анизотропии магнитной восприимчивости и текстуры титанового сплава ВТ6С, подвергнутого акси ально-симметричному прессованию. Установлена однозначная корреляция между анизотропией магнитной восприимчивости и текстурой данного сплава при температуре прессования, соответствующей области существования фазы (1030С) и при степенях деформации, превышающих 50%.

- Проведены детальные сравнительные исследования анизотропии магнитной восприимчивости и текстуры сплавов на основе титана и циркония, подверг нутых пластической деформации прокаткой. Установлено, что при холодной прокатке характер анизотропии магнитной восприимчивости сплавов одно значно определяется типом формирующейся кристаллографической текстуры.

- Проведены исследования анизотропии магнитной восприимчивости и тексту ры сплавов систем Ti-Al-V и Ti-Al-V-Mo, подвергнутых пластической дефор мации путем всестороннего сжатия. Установлено, что при всестороннем сжа тии характер анизотропии магнитной восприимчивости и тип текстуры опре деляются составом сплава.

- Разработана и апробирована новая методика расчета анизотропии модуля Юн га титановых сплавов по данным измерения анизотропии их магнитной вос приимчивости.

Практическая ценность работы:

1. Созданные в процессе диссертационного исследования новые прецизионные установки для исследования магнитных свойств парамагнитных сплавов по зволяют расширить круг исследуемых металлов и сплавов, более подробно исследовать влияние легирующих добавок, пластической деформации на магнитные свойства сплава.

2. Данные об однозначной связи анизотропии магнитной восприимчивости па рамагнитных сплавов с их текстурой позволяют прогнозировать возникаю щую в обрабатываемом материале текстуру, учитывать ее при разработке новых технологий обработки сплавов.

3. Разработанная методика расчета анизотропии упругих свойств по данным магнитных измерений может быть использована для прогнозирования меха нических характеристик материалов и сплавов с ГПУ-структурой в условиях промышленного производства.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Защищаемые методики.

1.1. Методики измерения магнитной восприимчивости и анизотропии магнит ной восприимчивости парамагнитных сплавов, отличающиеся высокой чув ствительностью и возможностью исследования полной угловой зависимости магнитной восприимчивости в любой заданной плоскости образца.

1.2. Методика расчета анизотропии модуля Юнга титановых сплавов по резуль татам измерения анизотропии их магнитной восприимчивости.

2. Защищаемые положения.

2.1. При аксиальном термомеханическом прессовании титанового сплава ВТ6С при температурах в области существования -фазы сплава и степенях де формации, превышающих 50%, имеет место однозначная корреляция между анизотропией магнитной восприимчивости сплава и характером его кри сталлографической текстуры.

2.2. При холодной прокатке титановых сплавов, содержащих алюминий (0,36% Al-Ti,0,53% Al-Ti, 04% Al-Ti,3,53%Al-Ti), тип их кристаллографической текстуры и характер анизотропии магнитной восприимчивости определяют ся степенью деформации и концентрацией алюминия в сплаве.

2.3. Анизотропия магнитной восприимчивости промышленных титановых сплавов (ВТ6С, ПТ-3В, ПТ-3Вкт, ВТ20), подвергнутых пластической де формации прокаткой, определяется характером кристаллографической тек стуры, сформированной в процессе деформации.

2.4. Пластическая деформация титановых сплавов ПТ-3Вкт, ВТ20, ВТ14 в усло виях всестороннего сжатия приводит к изменениям кристаллографической текстуры и анизотропии магнитной восприимчивости сплавов, причем ха рактер этих изменений зависит от состава сплава.





Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих научных конференциях:

1. III Всероссийская научно-техническая конференция " Методы и средст ва измерений физических величин" ( Нижний Новгород, 1998г).

2. I Всероссийская научно-практическая конференция “Прикладные во просы современной физики” ( Саранск, 1999г).

3. XXX Огаревские чтения ( Саранск, 2001г).

4. Межрегиональная научная школа для студентов и аспирантов “Мате риалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства и приме нение” ( Саранск, 2005г).

5. III Всероссийская научно-практическая конференция “Физические свойства металлов и сплавов” ( Екатеринбург, 2005г).

6. XXIV Научные чтения имени академика Н.В.Белова ( Нижний Новго род, 2005 г).

Публикации. По материалам диссертации имеется 11 публикаций, в том числе 4 статьи, 6 докладов на научных и научно-технических конференциях, получено 1 авторское свидетельство на изобретение. В цитируемых журналах, входящих в перечень ВАК, опубликовано 3 статьи.

Личный вклад автора заключается в проведении экспериментов, обработ ке экспериментальных данных, интерпретации результатов и формулировке вы водов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы из 100 наименований, содержит 14 таблиц, 52 рисунка. Общий объем диссертации составляет 132 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследова ния, сформулированы цели и задачи исследования, перечислены основные по ложения, выносимые на защиту.

Первая глава является обзорной. В первом параграфе содержится обзор публикаций, посвященных исследованию влияния механической обработки на магнитные свойства диа- и парамагнитных материалов. Во втором параграфе рассматриваются различные способы описания кристаллографической текстуры, механизмы ее формирования при пластической деформации, влияние кристалло графической текстуры на анизотропию физических свойств поликристалличе ских материалов. В третьем параграфе приводится обзор работ, в которых иссле довалась связь анизотропии физических свойств поликристаллических материа лов с характером анизотропии этих свойств в соответствующих монокристаллах.

В четвертом параграфе анализируются публикации, посвященные расчету анизо тропии физических свойств по данным текстурных измерений. В заключении главы отмечается, что, несмотря на значительное число работ, посвященных ис следованию влияния механической обработки на физические свойства материа лов, природа наведенной механической обработкой анизотропии магнитных свойств слабомагнитных поликристаллических материалов остается до конца не выясненной. Обосновывается необходимость проведения детальных исследова ний анизотропии магнитной восприимчивости и текстуры пластически деформи рованных слабомагнитных материалов.

Во второй главе “ Методика эксперимента” описаны материалы, методика приготовления образцов и экспериментальные методы исследования.

В качестве исследуемых материалов использовались: технический титан марки ВТ1-0, модельные сплавы на основе титана (0,6%Al-Ti, 3,6% Al-Ti, 2% Sn Ti), промышленные титановые сплавы (ПТ3Вкт, ПТ3В, ВТ6С, ВТ20), техниче ский цирконий и сплав 2,5% Nb-Zr. Образцы для исследования вырезались из прутков и листовых заготовок указанных материалов. Прессование прутков спла ва ВТ6С осуществлялось при температурах 850°С и 1030°С с различными степе нями деформации. Листы исследуемых сплавов получались методом холодной прокатки. Для исключения внешнего загрязнения образцы вырезались из внут ренней части листовых заготовок или прутков. Перед измерениями приповерхностный слой образцов удалялся шлифовкой с последующим химическим травлением.

Изучение кристаллографической текстуры материалов проводилось методом анализа прямых (ППФ) и обратных (ОПФ) полюсных фигур. Съемка рентгенограмм проводилась на дифрактометре ДРОН-0,5 с помощью гониометрической приставки ГП-2 в отфильтрованном Cu-K излучении.

Построение ППФ проводилось по результатам дифрактометрических съемок "на отражение" по методу Шульца, построение ОПФ проводилось по методу Мор риса. Для измерения магнитной восприимчивости исследуемых материалов мо дернизированным методом Торпа-Сенфтла [8] была создана новая прецизионная установка, позволяющая с чувствительностью 0.02*10 -7см3/г исследовать зависи мость магнитной восприимчивости от напряженности магнитного поля и темпе ратуры. Для измерения анизотропии магнитной восприимчивости образцов была создана установка, позволяющая с чувствительностью 0.01*10-6 см3/г измерять магнитную восприимчивость в любом направлении в заданной плоскости образ ца. Измерение магнитной восприимчивости при этом осуществляется методом Фарадея с регистрацией силы, действующей на образец в неоднородном магнит ном поле, с помощью микровесов.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований анизотропии магнитных свойств и кристаллографической текстуры сплавов на основе титана и циркония, подвергнутых пластической деформации путем: акси ально-симметричного прессования, холодной прокатки, и всестороннего сжатия.

В первом параграфе третьей главы представлены результаты исследования текстуры и магнитных свойств образцов, вырезанных из прутков титановых спла вов, полученных термомеханическим аксиально-симметричным прессованием.

Исследования проводились на образцах сплава ВТ6C, полученных прессованием при температурах в области существования -фазы ( 850°С ) и -фазы (1030°С).

При этом обнаружено, что характер анизотропии магнитной восприимчиво сти, возникающей в процессе пластической деформации, зависит от температу ры термомеханической обработки. В случае прутков, прессованных при темпе ратуре в области существования -фазы, анизотропия магнитной восприимчиво сти мала и не изменяется при увеличении степени деформации материала. У прутков, прессованных при 1030°С (в области существования -фазы сплава), при степенях деформации превышающих 50%, отчетливо наблюдается анизо тропия магнитной восприимчивости =0% ( рис.1). Этот эффект однозначно =70% 100 110 120 коррелирует с характером форми 130 140 рующейся в процессе деформации а) образцов кристаллографической тек 160 стуры1. Как следует из результатов 170 180 текстурных измерений (рис.2), по 3,3 3,2 3,1 3,2 3, мере увеличения степени -6, 10 см /г ции в образцах наблюдается актив =0% ное формирование преимуществен =70% 100 110 ных ориентировок зерен. В случае 120 130 прутка, прессованного при 140 б) туре 850°С, основной компонентой 160 текстуры является компонента 170, для прутка, прессованного 10 1 180 при температуре 1030°С, основной 3,3 3,2 3,1 3,2 3, -6, 10 см /г является компонента 0001.

ление преимущественной ориенти Рис.1. Угловая зависимость магнитной ровки 10 1 0 может быть восприимчивости сплава ВТ6С в плос но пластической деформацией зерен кости, параллельной оси прутка. Тем -фазы скольжением по системам пература прессования: 850С(а), 10 1 0 1120, (0001) 1120 и 1030С(б). (0-180– осевое направле 10 1 1 1120.

ние прутка). Погрешность измерений Появление ±0,01*10-6см3/г.

ровки 0001 в прутках ных в области существования -фазы связывается нами с процессом лизации при охлаждении сплава.

Сравнение результатов текстурных и магнитных измерений показывает, что кристаллографическая текстура является определяющей причиной возник новения анизотропии магнитной восприимчивости пластически деформиро ванного сплава ВТ6С.

Из сравнения следует, что весовой вклад ориентировок разных типов в ани зотропию магнитной восприимчивости существенно различен. Так ориентиров ка (1120), несмотря на свою значительную интенсивность, не влияет заметно на Автор выражает благодарность С.В. Гребенкину за помощь в проведении тек стурных измерений и интерпретации их результатов угловую зависимость магнитной восприимчивости, что можно нить меньшим значением магнитной восприимчивости монокристалла соответствующего сплава вдоль дан ного направления. Напротив, тировка (0001) весьма сильно влияет на характер угловой зависимости магнитной восприимчивости.

В плоскости, перпендикулярной оси прутка, как для прутков, прессо ванных при температуре 850С, так и для прутков, прессованных при тем пературе 1030С, анизотропии маг нитной восприимчивости не наблю далось, что, является следствием осевой симметрии деформации.

Во втором параграфе главы исследуется влияние типа и содер жания легирующих добавок на маг нитные свойства и текстуру пласти чески деформированных листовых образцов сплавов системы Ti-Al и Ti Sn. Рис.2. Обратные полюсные фигуры На рис.3. представлены графики сплава ВТ6С, прессованного при зависимости параметра анизотропии 850С (а, б) и 1030С (в, г). Съемка в магнитной восприимчивости,, осевом направлении прутка. Степень исследуемых сплавов системы Ti-Al деформации 0%(а, в), 70%( б, г).

от степени деформации для плоско стей НН-НП, НН-ПН и НП-ПН (где НН – направление нормали к плоско сти листа, НП- направление прокатки листа, ПН- направление перпендикуляр ное прокатке). Из полученных результатов следует, что с ростом степени де формации анизотропия магнитной воспри имчивости в плоскости НН-НП уве личивается при концентрациях алюминия в сплаве до 1,04%. В плоскости НП ПН, характер зависимости параметра анизотропии магнитной восприимчивости от степени деформации определяется концентрацией алюминия в сплаве. При содержании алюминия 0,36% анизотропия магнитной восприимчивости умень шается с ростом степени деформации. Напротив, при концентрации алюминия 3,53% параметр с ростом степени деформации увеличивается. Подобный эф фект наблюдается и на угловой зависимости удельного электрического сопро тивления в плоскости НП-ПН.

В третьем параграфе главы 3 представлены результаты исследования анизотропии магнитной восприимчивости и текстуры пластически деформиро ванных сплавов систем Ti-Al-V и Ti-Al-V-Mo: ВТ6С, ПТ-3В, ПТ 0, 3Вкт, ВТ20.

, 10-6см3/г 0,2 Ti Для всех сплавов нами а) 0,36Al% 0, блюдалась отчетливая 0,53Al% ция между характером 0, 1,04Al% тропии магнитной 0,05 3,53Al% вости и текстурой. Нами 20% 40% 60% новлено, что характер угловой деформация,% зависимости магнитной воспри имчивости существенно зависит от выбора плоскости, в которой проводились измерения, и сте 0, пени деформации материала.

, 10-6см3/г Ti 0, На рис.4 представлены ре б) 0,36Al% зультаты измерения анизотропии 0, 0,53Al% магнитной восприимчивости об 0, 1,04Al% разцов сплава ВТ6С, подвергну 0,05 3,53Al% тых деформации прокаткой. Из 20% 40% 60% рисунка видно, что образцы дан деформация,% ного сплава обладают заметной анизотропией магнитной воспри имчивости как в плоскости НН НП, так и в плоскости НН-ПН.

Интересным является эф 0,, 10-6см3/г Ti фект резкого возрастания анизо 0, 0,36Al% в) тропии магнитной восприимчи 0,53Al% -0, вости в плоскости НН-ПН для 1,04Al% -0, образцов данного сплава дефор 3,53Al% -0, мированных со степенью дефор 20% 40% 60% мации 40%. Исследование тек деформация,% стуры этого сплава показывает, что при любых степенях дефор мации текстура листа сохраняет Рис.3. Зависимость параметра анизотро ся существенно многокомпо пии магнитной восприимчивости от сте нентной. Это приводит к тому, пени деформации. (а –=НН-НП, б – что анизотропия магнитной вос =НН-ПН, в –=НП-ПН ). Погреш приимчивости слабо изменяется в ность измерений ±0,02*10-6см3/г.

обеих плоскостях. При этом на блюдается отчетливая связь меж ду возрастанием анизотропии магнитной восприимчивости и перестройкой тек стуры при деформации со степенью 40%, приводящей к распаду текстурного максимума на ППФ наклоненного под углом 20° в сторону ПН относительно направления нормали к плоскости листа и росту полюсной плотности на ОПФ в направлении 0001.

Предполагается, что такая пере- =0% =20% 100 стройка текстуры, обусловлена одно- 110 =40% 120 =50% 130 временным присутствием в сплаве 140 а) двух легирующих добавок - Al и V. Одна из них (Al) усиливает базисное 160 170 скольжение и должна приводить при 180 увеличении степени деформации к 3,3 3,2 3,1 3,2 3, -6, 10 см /г текстуре типа (0001) [1010], другая до бавка (V ) – усиливает призматическое скольжение и увеличивает угол на- =0% 100 90 =20% 110 клона текстурных максимумов на 120 =40% б) 130 =50% ППФ относительно НН. Это должно 140 приводить в первом случае, к увели- 160 чению анизотропии магнитной вос- 170 приимчивости, во втором к уменьше- 180 нию значения магнитной восприимчи- 3,3 3,2 3,1 3,2 3, вости в плоскости НП-ПН. Таким об- -6, 10 см /г разом, до деформации 40% преоблада ет влияние алюминия, приводящее к Рис.4. Угловая зависимость маг росту анизотропии магнитной воспри- нитной восприимчивости образ имчивости. цов сплава ВТ6С в плоскости НН В четвертом параграфе приве- НП(а) и НН-ПН (б). (0-180 – на дены результаты исследования влия- правление нормали). Погрешность ния пластической деформации на тек- измерений ±0,01*10-6см3/г.

стуру и магнитные свойства циркония и сплава 2,5%Nb-Zr. Полученные дан ные подтверждают гипотезу об определяющей роли текстуры в эффекте возник новения анизотропии магнитной восприимчивости исследуемых сплавов при пластической деформации.

В пятом параграфе приводятся результаты исследования влияния дефор мации всесторонним сжатием на анизотропию магнитной восприимчивости и текстуру промышленных сплавов системы Ti-Al-V и Ti-Al-V-Mo: ПТ-3Вкт и Вт14. Исследуемые сплавы подвергались воздействию всестороннего гидроста тического сжатия с давлением Р=9 ±0,5 кбар.

Результаты исследования угловых зависимостей магнитной восприимчиво сти сплавов в плоскостях НН-НП и НН-ПН до и после всестороннего сжатия представлены на рис.5.

Видно что, несмотря на равнозначность деформации по направлениям, все стороннее сжатие может существенно изменить характер анизотропии магнит ной восприимчивости сплавов, причем этот эффект различным образом прояв ляется на сплавах различного состава. Из рис.5 следует что, всестороннее сжа тие образца сплава ПТ3-Вкт при Р=9Кбар приводило к существенному умень шению разности нн - нп и нн - пн.

В тоже время аналогичная де- 0 Кбар, НН-НП 100 90 0 Кбар, НН-ПН 110 формация образцов сплава ВТ20 не 9 Кбар, НН-НП 120 9 Кбар, НН-ПН 130 приводила к изменениям магнитной 140 восприимчивости. Этому соответст- а) 160 вует малая перестройка текстуры 170 данного сплава, наведенная всесто- 180 ронним сжатием. Отчетливые изме- 3,3 3,2 3,1 3,2 3, нения угловой зависимости магнит- -6, 10 см /г ной восприимчивости наблюдались нами при исследовании сплава ВТ подвергнутого всестороннему сжа 0 Кбар, НН-НП тию. 100 90 0 Кбар, НН-ПН 110 Из анализа ОПФ образцов ука- 9 Кбар, НН-НП 120 9 Кбар, НН-ПН 130 занных сплавов в исходном состоя- 140 нии и после их всестороннего сжатия б) 160 (рис.6) следует, что данная обработ- 170 ка сплавов в одинаковых условиях 180 приводит к формированию различ- 3,2 3,1 3,0 3,1 3, -6, 10 см /г ных по характеру текстур.

Так для сплава ПТ-3Вкт в ис ходном состоянии наблюдается тек- 0 Кбар, НН-НП 0 Кбар, НН-ПН 100 90 стурный максимум в направлении 110 9 Кбар, НН-НП 120 9 Кбар, НН-ПН 0001. После всестороннего сжа 140 тия, происходит уменьшение (более в) чем в два раза) интенсивности мак- 160 симума (0001). В случае сплава ВТ20 170 изменения положений текстурных 180 3,4 3,3 3,2 3,3 3, максимумов на ОПФ не происходит. -6, 10 см /г Сплав ВТ14 в исходном состоя нии имеет сильный максимум в на правлении 11 20, а также неболь шие максимумы полюсной плотно- Рис.5. Угловая зависимость магнитной восприимчивости сплава ПТ3Вкт(а), сти в направлениях 10 1 4 - 11 24.

ВТ20(б) и ВТ14(в) в плоскости НН-НП После всестороннего сжатия образца и НН-ПН до и после всестороннего сплава ВТ14 вид ОПФ меняется ко сжатия. (0 - 180 – направление нор ренным образом. Максимум в на мали листа). Погрешность измерений правлении 11 20 исчезает, полюс ±0,01*10-6см3/г.

ная плотность в поясе 10 1 4 - повышается, возникает слабый мак симум в направлении 0001.

Этому соответствуют значительные изменения угловых зависимостей маг нитной восприимчивости сплава ВТ14. В исходном состоянии зависимость маг нитной восприимчивости сплава от направления практически не наблюдалась как в плоскости НН-НП, так и в плоскости НН-ПН. Деформа ция сплава всесторонним сжа тием, приводила к возникно вению магнитной анизотро пии, одинаковой для плоско стей НН-НП и НН-ПН. Посто янство значений магнитной восприимчивости сплава в исходном состоянии для всех направлений можно объяс нить отсутствием в материале кристаллитов, базисные плос кости которых ориентированы в плоскости листа.

Текстурный максимум в направлении 11 20, как было показано ранее на примере прутков, практически не влияет на магнитную воспри имчивость в выбранном на Рис.6. Обратные полюсные фигуры для на правлении. Всестороннее сжа правления нормали листов титановых спла тие приводит к увеличению вов подвергнутых всестороннему сжатию: а полюсной плотности в на исходное состояние, б- после обработки все сторонним сжатием Р=9кбар. 1 - сплав ПТ- правлениях близких к 0001, что, в свою очередь, приводит 3Вкт, 2 - сплав ВТ20, 3 - сплав ВТ14.

к возникновению анизотропии магнитной восприимчивости с максимумом в направлении НН.

В четвертой главе диссертации описана разработанная автором методика расчета анизотропии механических свойств по результатам магнитных изме рений. Возможность расчета анизотропии физических свойств текстурированного поликристаллического материала по дан ным текстурных измерений показана в [ 3, 4].

В лабораторной системе координат (рис. 7) значение обратной величины мо дуля Юнга в заданном направлении опи- Рис.7. Задание выбранного на сывается выражением: правления в лабораторной системе координат.

E 1 (1 2 3 ) S111 S22 4 S33 3 (S44 2S23 ) 2 4 4 (1) 2 (S55 2S13 ) (S66 2S12 ), 3 2 2 1 3 1 где 1, 2, 3 – направляющие косинусы заданного направления в образце, Sij – коэффициенты податливости текстурированного поликристалла.

Выразим их через коэффициенты податливости монокристалла соответст вующего сплава и параметры кристаллографической текстуры поликристалличе ского материала:

S11 s11 (2s1 s 2 ) 1 s 3 3 (2) S 22 s11 (2s1 s 2 ) 2 s 3 4 (3) 1 (4) S12 s 13 (s 1 s 3 )(1 1 2 ) s 3 (1 5 3 4 ) S66 s 44 (s 2 4s 3 )(1 1 2 ) 2s 3 (1 5 3 4 ) (5) где sij и si – коэффициенты равные или выражаемые через коэффициенты по датливости соответствующего монокристалла. (s1=s12-s13, s2=s66-s44, s3=s11+s33-s44 2s13, s11-s12=1/2s66), i - параметры текстуры.

В случае исследования угловой зависимости модуля упругости от направле ния вырезки образца в лабораторной системе координат для плоскости Ох1х2 ( НП ПН ) значения направляющих косинусов равны: 3=0, 1=cos, 2=sin. Тогда за висимость модуля Юнга от направления в плоскости НП-ПН описывается соот ношением :

2s1 s 2 3s E 1 () s11 ( 1 2 ) ( 21 2 2 5 1) (6) 2 [s 3 ( 3 4 ) ( 2s1 s 2 )(1 2 )] cos s 3 ( 4 4 4 3 3 5 61 6 2 3) cos 4, где - угол между осью Ох1 и направлением вырезки образца.

Магнитная восприимчивость поликристаллического материала с текстурой орторомбической симметрии определяется тремя главными значениями магнит ной восприимчивости [3]:

( 3 1 ) i 1, (7) i где 1, 3 - магнитная восприимчивость, измеренная вдоль базисной и гекса гональной оси монокристалла данного сплава, - значения магнитной воспри i имчивости поликристаллического материала в направлении НП, ПН, НН. Отсюда можно рассчитать текстурные параметры поликристаллического материала:

i i (8), 3 Магнитная восприимчивость в выбранном направлении поликристаллическо го образца с текстурой орторомбической симметрии определяется выражением:

(1 2 3 ) НП 1 ПН 2 НН 2 (9) или для плоскости Ох1х2 ( НП-ПН ):

1 1 ( 3 ) cos 2 sin 2 cos2, 2 (9) 2 Магнитная восприимчивость в заданном направлении в плоскости Ох1х2 при этом будет равна:

3 1 1 (10) () 1 ( 2 1 ) 3 ( 1 2 ) cos 2 Сравнение выражений (6) и (10) показывает, что анизотропия магнитных и упругих свойств описывается, в общем, различными ориентационными соотно шениями. В первом случае упругие свойства описываются выражением, содер жащим компоненты 2-го и 4-го порядка, во втором только 2-го порядка и прямое использование результатов измерения одних свойств для прогнозирования других невозможно.

Тем не менее, особенности анизотропии упругих свойств некоторых моно кристаллов с ГПУ решеткой таковы, что слагаемые в выражении для модуля Юн га, содержащие неопределяемые из магнитных измерений текстурные параметры, не влияют существенным образом на его анизотропию и на фоне погрешности измерений модуля Юнга ими можно пренебречь. На практике это справедливо для металлов с малым значением параметра s3, относительно других коэффици ентов. Для такого типа материалов допустимо применение следующего выраже ния для расчета угловой зависимости модуля Юнга:

2s1 s 2 1 ~ E () s11 2 (11) 3 (2s1 s 2 ) 1 cos 2, 3 В качестве примера приводится расчет анизотропии модуля Юнга в плоско сти НП-ПН для сплава технического титана ВТ1-0, подвергнутого деформации холодной прокаткой с различной степенью обжатия. В результате эксперимента для сплава ВТ1-0 были получены следующие значения магнитной восприимчиво сти в направлениях НП ( 1 ) и ПН ( * ), табл.1.

* Таблица 1.

Магнитная восприимчи- Деформация вость, *106см3/г 20% 40% 60% 3.17 3.15 3. * 2 3.23 3.25 3. * Подстановка результатов магнитных измерений, значений магнитной вос приимчивости и упругих констант для монокристалла титана в формулу (11) дает зависимость Е() (в ГПа) представленную в таблице 2, (в скобках результаты ме ханических измерений).

Таблица 2.

Угол от Модуль Юнга, ГПа НП, =20% =40% =60% 0 110,5(107,0) 109 109(104,7) 30 111,5 111 60 114 115 90 115(119,2) 117 110,5(112,6) Как видно из таблицы, расчет с использованием данных магнитных измере ний дает значения модуля Юнга, характер анизотропии которого находится в хо рошем соответствии с результатами прямых измерений.

Таким образом, установлено, что для титана и его сплавов возможно исполь зование результатов исследований анизотропии магнитной восприимчивости для расчета анизотропии модуля Юнга в текстурированном поликристаллическом образце.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Созданы новые установки для измерения магнитной восприимчивости 1.

парамагнитных сплавов и анизотропии магнитной восприимчивости с чув ствительностью 210-9см3/г и 110-8см3/г соответственно. Преимуществом установки для измерения анизотропии магнитной восприимчивости явля ется возможность получения полной угловой зависимости магнитной вос приимчивости в любой заданной плоскости образца.

Исследована анизотропия магнитной восприимчивости и кристаллографи 2.

ческая текстура титанового сплава ВТ6С, подвергнутого аксиально симметричному термомеханическому прессованию. Установлена одно значная корреляция между характером кристаллографической текстуры и анизотропией магнитной восприимчивости сплава ВТ6C при температурах прессования в области существования -фазы сплава, и степенях деформа ции превышающих 50%.

Исследовано влияние пластической деформации прокаткой на кристалло 3.

графическую текстуру, магнитные и электрические свойства материалов системы Ti-Al (титана, сплавов: 0,36% Al-Ti, 0,53% Al-Ti, 1,04% Al-Ti и 3,53%Al-Ti). Установлено, что тип кристаллографической текстуры и ха рактер анизотропии магнитной восприимчивости существенно зависят от степени деформации и концентрации алюминия в сплаве.

Исследовано влияние механической деформации прокаткой на текстуру и 4.

магнитные свойства промышленных сплавов на основе титана ( ВТ6С, ПТ 3В, ПТ-3Вкт, ВТ20). Показано, что анизотропия магнитной восприимчиво сти исследуемых сплавов определяется характером возникающей в резуль тате пластической деформации кристаллографической текстуры.

Проведены исследования кристаллографической текстуры и анизотропии 5.

магнитной восприимчивости титановых сплавов, подвергнутых деформа ции всесторонним сжатием. Отмечен эффект возникновения анизотропии магнитной восприимчивости сплавов, связанный с перестройкой текстуры в результате всестороннего сжатия образцов. Показано, что деформация всесторонним сжатием, в зависимости от состава сплава, может приводить к различным изменениям кристаллографической текстуры и анизотропии магнитной восприимчивости.

Предложена методика расчета анизотропии модуля Юнга титановых спла 6.

вов по результатам измерения анизотропии их магнитной восприимчиво сти.

Список цитируемой литературы:

1. Страхов Л.П. Влияние механической обработки на магнитные свойства твердых тел. «Вопросы электроники твердого тела» сб. научн. тр. вып.4.

Л: изд-во Ленингр. ун-та.- 1974.

2. Страхов Л.П. Влияние механической обработки на магнитные свойства твердых тел. «Вопросы электроники твердого тела» сб. научн. тр вып.4.

Л: изд-во Ленингр.ун-та.- 1978. -С.115-168.

3. Адамеску Р. А., Гельд П. В., Митюшов Е. А. Анизотропия физических свойств металлов. - М.: Металлургия.- 1985. -136С.

4. Митюшов Е. А, Гельд П. В, Адамеску Р. А. Обобщенная проводимость и упругость макронеоднородных гетерогенных материалов.- Москва:

Металлургия.-1992.-144С.

5. Реймер Н. Д. Анизотропия физических и механических свойств тексту рованных поликристаллов с гексагональной структурой. - дис. на соис кание ученой степени канд. физ. - мат. наук. – Свердловск.- 1984.-169С.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, утвержденных ВАК РФ:

Саврасов, К.В. Автоматизированная установка для измерения магнит 1.

ной восприимчивости диа- и парамагнетиков./ К.Н. Нищев, К.В. Савра сов// Приборы и техника эксперимента».- Москва - 1995.- №5.- С.161 166.

Саврасов, К.В. Магнитометрический метод контроля анизотропии ме 2.

ханических свойств./ Е.А. Митюшев, С.В. Гребенкин, К.В. Саврасов // Заводская лаборатория.- Москва.- 2002.- N9.- C.45-47.

Саврасов, К.В. Текстура и магнитные свойства титановых сплавов, под 3.

вергнутых пластической деформации./ К.Н. Нищев, С.В Гребенкин, К.В. Саврасов // Вестник Нижегородского университета. – Н. Новгород. 2006.-вып.1(19). -C.218-223.

Публикации в других изданиях:

Саврасов, К.В. Автоматизированная установка для измерения магнит 4.

ной восприимчивости диа- и парамагнетиков./ К.Н. Нищев, К.В. Савра сов, Д.В. Киреев// Всероссийская конференция «Структура и свойства твердых тел» сб. научн. тр.- Н. Новгород.- 1999.- C.162-163.

Саврасов, К.В. Установка для измерения анизотропии магнитной вос 5.

приимчивости диа- и парамагнетиков./ К.Н. Нищев, К.В. Саврасов// III всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерений физических величин». сб. научн. тр.- Н. Новгород.- 1998. C.43.

Саврасов, К.В. Автоматизация измерений магнитной восприимчивости 6.

диа- и парамагнетиков./ К.Н. Нищев, К.В. Саврасов, Д.В. Киреев// I на учно-практическая конференция «Прикладные вопросы современной физики». сб. научн. тр.- Саранск.- 1999.- С.125-126.

Саврасов, К.В. Влияние кристаллографической текстуры на анизотро 7.

пию магнитных свойств прутков титановых сплавов./ К.Н. Нищев, С.В.

Гребенкин, К.В. Саврасов // Вестник Мордовского университета.- Са ранск.- 2002.- N1-2.- C.112-116.

Саврасов, К.В. Влияние пластической деформации на магнитные свой 8.

ства парамагнитных сплавов./ К.Н. Нищев, К.В. Саврасов // IV межре гиональная молодежная научная школа «Материалы нано-, микро- и оп тоэлектроники: физические свойства и применение» сб. научн. тр.- Са ранск.- 2005.- С.99.

Саврасов, К.В. Магнитные свойства титановых сплавов, подвергнутых 9.

пластической деформации./ К.Н. Нищев, С.В. Гребенкин, К.В. Саврасов // III всероссийская научно-практическая конференция «Физические свойства металлов и сплавов». сб. научн. тр.- Екатеринбург.- 2005.- С.

117-120.

10. Саврасов, К.В. Текстура и магнитные свойства титановых сплавов, под вергнутых пластической деформации./ К.Н. Нищев, К.В. Саврасов // XXIV Научные чтения имени академика Н.В.Белова. сб. научн. тр. Нижний Новгород.- 2005.- С.119-121.

11. Способ определения магнитной восприимчивости диа- и парамагнети ков: авторское свидетельство Рос. Федерации / Саврасов, К.В. Нищев К.Н., Смоланов Н.А., Кудрявцев С.В// №1739271;

зарегистрировано в государственном реестре 8.12.92.

Подписано в печать 25.05.08. объем 1,0 п. л.

Тираж 100 экз. Заказ №_.

Типография Издательства Мордовского университета 430000, г. Саранск, ул. Советская,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.