Методы интенсивной пластической деформации могут обеспечить формирование наноструктур в различных материалах

Методы интенсивной пластической деформации могут обеспечить формирование наноструктур в различных материалах. Однако получаемый размер зерен и характер формирующейся структуры зависят от применяемого метода ИПД, режимов обработки, фазового состава и исходной микроструктуры материала. Ниже будут приведены примеры типичных наноструктур, полученных методами ИПД, обсуждаются пути получения минимального размера зерен в различных материалах, рассмотрены данные об эволюции микроструктуры в ходе интенсивных деформаций.[4, С.19]

Рост пор и их последующее объединение происходит в условиях интенсивной пластической деформации и сопровождается, например, в a-Fe, появлением значительного количества микродвойников длиной 100-200 и шириной 50Е. Процесс разрушения перемычек, разделяющих соседние поры, включает стадии зарождения, роста и объединения пор. Следует, однако, отметить, что вопрос о стадийности вязкого разрушения при шейкообразовании требует специального рассмотрения.[2, С.17]

К счастью, многие из упомянутых проблем могут быть преодолены при использовании методов обработки, названной нами интенсивной пластической деформацией (ИПД) [3, 8]. Задачей методов ИПД является формирование наноструктур в массивных металлических образцах и заготовках путем измельчения их микроструктуры до наноразмеров. Хорошо известно, что путем значительных деформаций при низкой температуре, например, в результате холодной прокатки или вытяжки [9-11], можно очень сильно измельчить структуру металлов. Однако полученные структуры являются обычно ячеистыми структурами или субструктурами, имеющими границы с малоугловыми разориентировками. Вместе с тем рассматриваемые наноструктуры являются ультрамелкозернистыми структурами зеренного типа, содержащими преимущественно болыпеугловые границы зерен [8, 12]. Создание таких наноструктур может быть осуществлено методами ИПД, позволяющими достичь очень больших деформаций при относительно низких температурах в условиях высоких приложенных давле-[4, С.6]

Необходимо указать также факторы, связанные с технологическими особенностями проведения ВМТО. Определенный вклад в получаемый эффект упрочнения дает текстурованность материала, подвергнутого прокатке [71, 72]. Деформация в области высоких температур (1000° и выше) может привести в некоторых случаях к возникновению субструктуры в результате диффузионного перераспределения дефектов кристаллической решетки. Такие изменения в тонкой кристаллической структуре, если они протекают во всем упрочняемом объеме, должны оказывать благоприятное действие, когда при ползучести развивается преимущественно внутризеренная пластичность, однако опыты [87] показывают, что субструктура образуется главным образом у границ зерен, а это еще раз свидетельствует о более интенсивной пластической деформации в этих областях при задаваемых режимах ВМТО.[3, С.49]

В 15 Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М.: Логос, 2000. — 272 с.: ил. ISBN 5-88439-135-8.[4, С.2]

Можно сформулировать несколько требований к методам интенсивной пластической деформации, которые следует учитывать при их развитии для получения наноструктур в объемных образцах и заготовках. Это, во-первых, важность получения ультрамелкозернистых структур, имеющих преимущественно больше-угловые границы зерен, поскольку именно в этом случае происходит качественное изменение свойств материалов (гл. 4,5). Во-вторых, формирование наноструктур, однородных по всему объему образца, что необходимо для обеспечения стабильности свойств полученных материалов. В-третьих, образцы не должны иметь механических повреждений или разрушений несмотря на их интенсивное деформирование. Эти требования не могут быть реализованы путем использования обычных методов обработки металлов давлением, таких как прокатка, вытяжка или экструзия. Для формирования наноструктур в объемных образцах необходимым является использование специальных механических схем деформирования, позволяющих достичь больших деформаций материалов при относительно низких температурах, а также определение оптимальных режимов обработки материалов. К настоящему времени большинство результатов получено с использованием двух методов ИПД — кручения под высоким давлением и РКУ-прессования. Имеются также работы по получению нано- и субмикрокристаллических структур в ряде металлов и сплавов путем использования всесторонней ковки [16, 17 и др.], РКУ-вытяжки [18], метода «песочных часов» [19].[4, С.9]

Экспериментальные данные о необычной дефектной структуре границ зерен в наноструктурных материалах, полученных интенсивной пластической деформацией, наблюдение искажений кристаллической решетки вблизи границ зерен легли в основу развиваемых модельных представлений об атомной структуре и свойствах этих материалов [12]. Данные представления базируются на концепции неравновесных границ зерен, которая была введена в научную литературу в 70-80-х годах [110, 111] и позднее стала широко использоваться при описаниях взаимодействий решеточных дислокаций и границ зерен, для анализа рекристаллизационных и деформационных процессов в поликристаллах [3, 172]. Ниже будут кратко рассмотрены основные положения физики неравновесных границ, дано описание структурной модели нанокристаллов и ее развитие для понимания их необычных свойств.[4, С.87]

Монография посвящена вопросам получения, исследования структуры и свойств наноструктурных материалов, интерес к которым связан с обнаружением их уникальных физических, необычных механических свойств и перспективами широкого применения. Особое внимание уделено нано-структурным материалам, которые получены методами интенсивной пластической деформации, разработанными при непосредственном участии авторов.[4, С.2]

Начало разработок и исследований наноструктурных ИПД материалов относятся к концу 80-х-началу 90-х годов, когда Р.З. Ва-лиевым с сотрудниками [35-37, 70, 152, 243, 254, 268, 324] были опубликованы первые статьи, демонстрирующие возможность получения ультрамелкозернистых структур в массивных металлических образцах, используя методы интенсивной пластической деформации. Международный интерес к проблеме был стимулирован публикацией первого сборника по данной тематике [3]. Однако несмотря на резко возросшее в последние годы количество публикаций по данной теме, авторам представляется, что наиболее активное развитие этого научного направления еще впереди. Поэтому настоящую книгу мы рассматриваем как введение в новую научную область, лежащую на стыке физического материаловедения, физики и механики твердого тела, технологии обработки[4, С.7]

Рис. 1.1. Принципы методов интенсивной пластической деформации: о — кручение под высоким давлением; б — РКУ-прессование[4, С.10]

В развитие этого положения в работе [24] были рассмотрены модельные представления об эволюции микроструктуры при интенсивной пластической деформации. Предложенная схема (рис. 1.31) основана на результатах прямых электронно-микроско-[4, С.46]

Автор

Гусев Александр Иванович

Источники

Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М.: Физматлит, 2007. — 416 с.

Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М.: Логос, 2000. — 272 с.

Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. — Минск: Наука и техника, 1994. — 232 с.