Интенсивная пластическая деформация кручением - Метод интенсвиной пластической деформации кручением под высоким давлением

Кручение под высоким давлением (КВД) (Рисунок 6а) впервые было применено для обработки металлических материалов П. Бриджменом в 1935 году. Свое второе рождение метод получил благодаря работам российских ученых в 70-90-е годы прошлого столетия, в которых он был использован для получения НС состояний многих чистых металлов, сплавов, интерметаллидов и керамик.

Интенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК) -- это метод ИПД, при котором образец, обычно имеющий форму диска диаметром 10-20 мм и толщиной 0.3-1.0 мм, подвергается деформации кручением в условиях высокого приложенного давления. Диск помещается внутрь полости, прилагается давление (P), и пластическая деформация кручением достигается за счет вращения одного из бойков.

интенсивная пластическая деформация кручением под высоким давлением

Рисунок 6 - Интенсивная пластическая деформация кручением под высоким давлением

При этом кроме кручения, он претерпевает осадку и радиальную экструзию, вызванные приложенным давлением в несколько ГПа. Последнее, в свою очередь, обеспечивает необходимое трение на контактной поверхности образца с вращающимся инструментом, и соответственно его кручением. При этом деформация образца имеет радиальную неоднородность, минимизировать которую можно большим количеством оборотов. Методом КВД можно также обрабатывать заготовки в форме кольца, по схеме (Рисунок 6б), предложенной С. Эрбелем.

схема кручения под высоким давлением диска (а) и кольца (б)

Рисунок 7 - Схема кручения под высоким давлением диска (а) и кольца (б)

Основная деформация при методе КД осуществляется за счет кручения образца. Прилагаемое давление, достигающее обычно несколько ГПа, играет двоякую роль. Во-первых, оно создает в центральной части образца область квазигидростатического сжатия, препятствующего разрушению образца. Во-вторых, оно увеличивает силу трения между бойками и образцом. Благодаря большой силе трения, крутящий момент от подвижного бойка передается образцу, и он деформируется кручением.

В настоящее время КД применяют преимущественно для изучения физики интенсивной пластической деформации. КД при комнатной температуре или при более низких температурах используют для получения нанокристаллической структуры в металлах, сплавах и керамиках. Размер образцов до деформации обычно не превышает 20 мм в диаметре и 1 мм по высоте. После деформации высота образцов уменьшается до 0,2-0,5 мм. Существенное измельчение структуры наблюдается уже после деформации на пол оборота, но для создания однородной наноструктуры требуется, как правило, деформация в несколько оборотов.

КД чистых металлов приводит к формированию равноосной структуры со средним размером зерен 50-100 нм. В сплавах получаемый размер зерен может быть значительно меньше. Механизм интенсивной деформации зависит от многих факторов, в частности, от типа кристаллической решетки и энергии дефекта упаковки. Процесс формирования наноструктуры носит ярко выраженный стадийный характер.

В чистых ГЦК-металлах (металлах с гранецентрированной кристаллической решеткой) с высокой энергией дефекта упаковки (Cu, Ni) последовательность структурных превращений следующая. По мере увеличения деформации кручением до n?0,1 (где n - число оборотов подвижного бойка) дислокации сосредоточиваются в границах субзерен (ячеек), которые представляют собой области зерен произвольной формы, свободные от дислокаций и отделенные от других областей малоугловыми границами. При дальнейшем увеличении деформации до n?1 размеры субзерен уменьшаются, а степень разориентировки между ними увеличивается. При этом происходит постепенный переход от субзеренной структуры к зеренной, содержащей преимущественно высокоугловые границы зерен.

Интенсивная пластическая деформация сплавов, наряду с формированием наноструктуры, может приводить к формированию метастабильных состояний, например, пересыщенных твердых растворов и метастабильных фаз. В интерметаллидных соединениях после КД может наблюдаться нарушение дальнего порядка вплоть до полного разупорядочения.

Истинную логарифмическую степень деформации е можно определить из выражения (1)

(1)

Где - угол вращения, рад;

R - радиус диска,

H - толщина диска.

Для расчета степени сдвиговой деформармации используют выражение (2)

(2)

Где N - число оборотов,

H - толщина образца.

При сравнительных расчетах согласно критерию Мизеса используют эквивалентную деформацию

Наноматериалы, полученные КД, характеризуются высоким уровнем внутренних напряжений и значительными искажениями кристаллической решетки. В таких наноматериалах могут возникать аномалии некоторых фундаментальных свойств, например, модулей упругости, температур Кюри и Дебая, намагниченности насыщения. Наноматериалы, полученные ИПД, обладают, как правило, высокими прочностными свойствами при относительно низких температурах и высокой пластичностью и сверхпластичностью при повышенных температурах. В последнее время метод КД используют и при высоких температурах для получения в высокотемпературных сверхпроводящих керамиках острой кристалл лографической текстуры и высокой плотности дефектов, служащих центрами пиннинга магнитного потока.

Похожие статьи




Интенсивная пластическая деформация кручением - Метод интенсвиной пластической деформации кручением под высоким давлением

Предыдущая | Следующая