Научная статья на тему 'Механические свойства тантала с различной микроструктурой при высокоскоростном деформировании'

Механические свойства тантала с различной микроструктурой при высокоскоростном деформировании Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
623
137
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Физическая мезомеханика
WOS
Scopus
ВАК
RSCI
Область наук
Ключевые слова
ПРОЧНОСТЬ / ДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ / МИКРОСТРУКТУРА / УДАРНАЯ ВОЛНА / ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ / КРУПНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ТАНТАЛ / МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ ТАНТАЛ / STRENGTH / DYNAMIC DEFORMATION / MICROSTRUCTURE / SHOCK WAVE / PLASTIC DEFORMATION / COARSE-GRAINED TANTALUM / FINE-GRAINED TANTALUM

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Аниськин Михаил Васильевич, Игнатова Ольга Николаевна, Каганова Ирина Ивановна, Кальманов Алексей Васильевич, Кошатова Елена Владимировна

В статье представлены экспериментальные данные о механическом поведении крупнокристаллического (размер зерна 80 мкм) и мелкозернистого (размер зерна 1-2 мкм) образцов тантала в условиях статического, динамического и ударно-волнового нагружений. Мелкокристаллический тантал получен методом холодной ковки. Представлены σ-ε-диаграммы сжатия, полученные в диапазоне скоростей деформирования от 10-3 до 103 с-1, зависимости относительных изменений длин цилиндров от скорости их соударения о жесткую преграду методом Тейлора, зависимости скорости свободной поверхности от времени ударно-нагруженных танталовых образцов. Обнаружено, что уменьшение размера зерна тантала в 80 раз не привело к существенному изменению его прочностных свойств при статическом и динамическом деформировании. Измерения скорости свободной поверхности при нагружении металлов ударными волнами интенсивностью ~17 ГПа указывают на уменьшение упругого предвестника мелкозернистого тантала на ~35 % и увеличение критических разрушающих напряжений на 15-20 % по сравнению с крупнокристаллическим. Обнаружена сложная зависимость прочностных свойств тантала от скорости деформации. Проведен микроструктурный анализ образцов крупнокристаллического тантала, нагруженного ударной волной интенсивностью 20 -130 ГПа и разного времени действия, измерены плотность дислокаций и количество образовавшихся в результате ударно-волнового нагружения полос сдвига.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Аниськин Михаил Васильевич, Игнатова Ольга Николаевна, Каганова Ирина Ивановна, Кальманов Алексей Васильевич, Кошатова Елена Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Mechanical properties of tantalum with varying microstructure under high-rate deformation

The paper presents experimental data on the mechanical behavior of coarse-grained (80 μm) and fine-grained (1-2 μm) tantalum under static, dynamic and shock-wave loadings; the fine-grained tantalum was obtained by cold forging. The data includes σ-ε compression diagrams taken in the range of strain rate from 10-3 to 103 s-1, dependences of the relative change in cylinder length on the impact velocity in Taylor impact tests, and time dependences of the free surface velocity in the Ta specimens under shock-wave loading. It is found that decreasing the Ta grain size 80 times changes slightly the strength properties of the material under static and dynamic deformation. Measurements of the free surface velocity in the metal specimens under shock wave loading at ~17 GPa are indicative of a decrease in elastic precursor in the fine-grained tantalum by ~35 % and of an increase in its critical fracture stress by 15-20 % compared to those in the coarse-grained tantalum. A complex strain rate dependence of strength properties of tantalum was revealed. The microstructure of the coarse-grained Ta specimens loaded at a shock wave pressure of 20 -130 GPa with different action times was examined, and the dislocation density and the number of shear bands formed under shock-wave loading were measured.

Текст научной работы на тему «Механические свойства тантала с различной микроструктурой при высокоскоростном деформировании»

УДК 539.4

Механические свойства тантала с различной микроструктурой при высокоскоростном деформировании

М.В. Аниськин, О.Н. Игнатова, И.И. Каганова, А.В. Кальманов, Е.В. Кошатова, А.И. Лебедев, В.В. Лосев, А.М. Подурец, Л.В. Поляков, М.И. Ткаченко,

А.Н. Цибиков, Г.А. Салищев1, Г.В. Гаркушин2, С.В. Разоренов2, M.A. Zocher3

РФЯЦ — ВНИИ экспериментальной физики, Саров, 607188, Россия 1 Белгородский государственный университет, Белгород, 308015, Россия

2 Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, 142432, Россия

3 Лос-Аламосская национальная лаборатория, Лос-Аламос, НМ 87545, США

В статье представлены экспериментальные данные о механическом поведении крупнокристаллического (размер зерна — 80 мкм) и мелкозернистого (размер зерна — 1-2 мкм) образцов тантала в условиях статического, динамического и ударно-волнового нагружений. Мелкокристаллический тантал получен методом холодной ковки. Представлены G-e-диаграммы сжатия, полученные в диапазоне скоростей деформирования от 10-3 до 103 с-1, зависимости относительных изменений длин цилиндров от скорости их соударения о жесткую преграду методом Тейлора, зависимости скорости свободной поверхности от времени ударно-нагруженных танталовых образцов. Обнаружено, что уменьшение размера зерна тантала в 80 раз не привело к существенному изменению его прочностных свойств при статическом и динамическом деформировании. Измерения скорости свободной поверхности при нагружении металлов ударными волнами интенсивностью ~17 ГПа указывают на уменьшение упругого предвестника мелкозернистого тантала на ~35% и увеличение критических разрушающих напряжений на 15-20 % по сравнению с крупнокристаллическим. Обнаружена сложная зависимость прочностных свойств тантала от скорости деформации. Проведен микроструктурный анализ образцов крупнокристаллического тантала, нагруженного ударной волной интенсивностью 20-130 ГПа и разного времени действия, измерены плотность дислокаций и количество образовавшихся в результате ударно-волнового нагружения полос сдвига.

Ключевые слова: прочность, динамическое деформирование, микроструктура, ударная волна, пластическая деформация, крупнокристаллический тантал, мелкозернистый тантал

Mechanical properties of tantalum with varying microstructure under high-rate deformation

M.V. Aniskin, O.N. Ignatova, I.I. Kaganova, A.V. Kalmanov, E.V. Koshatova, A.I. Lebedev,

V.V. Losev, A.M. Podurets, L.V. Polyakov, M.I. Tkachenko, A.N. Tsibikov,

G.A. Salischev1, G.V. Garkushin2, S.V. Razorenov2 and M.A. Zocher3

Russian Federal Nuclear Center — All Russian Research Institute of Experimental Physics, Sarov, 607188, Russia 1 Belgorod State University, Belgorod, 308015, Russia 2 Institute of Problems of Chemical Physics RAS, Chernogolovka, 142432, Russia 3 Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA

The paper presents experimental data on the mechanical behavior of coarse-grained (80 ^m) and fine-grained (1-2 ^m) tantalum under static, dynamic and shock-wave loadings; the fine-grained tantalum was obtained by cold forging. The data includes G-e compression diagrams taken in the range of strain rate from 10-3 to 103 s-1, dependences of the relative change in cylinder length on the impact velocity in Taylor impact tests, and time dependences of the free surface velocity in the Ta specimens under shock-wave loading. It is found that decreasing the Ta grain size 80 times changes slightly the strength properties of the material under static and dynamic deformation. Measurements of the free surface velocity in the metal specimens under shock wave loading at ~17 GPa are indicative of a decrease in elastic precursor in the fine-grained tantalum by ~35 % and of an increase in its critical fracture stress by 15-20 % compared to those in the coarse-grained tantalum. A complex strain rate dependence of strength properties of tantalum was revealed. The microstructure of the coarse-grained Ta specimens loaded at a shock wave pressure of 20-130 GPa with different action times was examined, and the dislocation density and the number of shear bands formed under shock-wave loading were measured.

Keywords: strength, dynamic deformation, microstructure, shock wave, plastic deformation, coarse-grained tantalum, fine-grained tantalum

© Аниськин М.В., Игнатова О.Н., Каганова И.И., Кальманов А.В., Кошатова Е.В., Лебедев А.И., Лосев В.В., Подурец А.М., Поляков Л.В., Ткаченко М.И., Цибиков А.Н., Салищев Г.А., Гаркушин Г.А., Разоренов С.В., Zocher M.A., 2010

1. Введение

Одной из важнейших задач механики деформируемого твердого тела является исследование структурных изменений на различных масштабных уровнях (микро, мезо и макро), происходящих при высокоскоростном деформировании металлов. Исследования в этой области начаты в 50-х годах прошлого столетия. Однако в основном они носят несистематический характер и до настоящего времени нет полной ясности о связи структурных изменений с механическими свойствами металлов при высокоскоростном деформировании [1-4]. Как известно, при высокоскоростном деформировании и, в частности, в ударных волнах, процесс генерирования дефектов и соответствующие изменения динамических свойств металлов являются сложными. Скорость размножения дислокаций значительно возрастает при увеличении скорости деформирования в ударных волнах [5, 6]. При определенных параметрах нагрузки дислокации организуются в системы дислокационных ячеек, что вызывает изменение механических свойств [7].

В настоящее время наиболее полно исследованы металлы с ГЦК-решеткой (например Си, А1). Так, при воздействии достаточно сильных ударных волн в отожженных ГЦК-металлах двойники образуют сложную двухпериодическую структуру [8]. Быстрый рост плотности дислокаций и двойников вызывает сложное и неоднозначное изменение механических свойств веществ — возрастает откольная и сдвиговая прочность металлов

[9].

Тантал является представителем другого класса металлов с ОЦК-решеткой. Систематические фундаментальные исследования механических свойств тантала при различных условиях нагружения (от статического до ударно-волнового) необходимы для понимания процессов деформирования в ОЦК-металлах и построения широкодиапазонной модели прочности.

В данной работе приводятся исследования механических свойств и микроструктуры:

- крупнокристаллического тантала марки ТВЧ (тантал высокой чистоты, размер зерна D0 = 80 мкм);

- мелкозернистого тантала (размер зерна П0 = = 1-2 мкм);

- крупнокристаллического тантала, подвергнутого ударно-волновому нагружению давлением Р = 13020 ГПа в течение t = 0.25 и 0.75 мкс при нормальной температуре и температуре жидкого азота.

2. Крупнокристаллический и мелкозернистый тантал в исходном состоянии

Тантал с размером зерна D0 = 1-2 мкм изготовлен методом холодной ковки [10]. Образцы подвергались многократной всесторонней деформации при комнатной температуре на гидравлическом прессе, развивающем максимальное усилие 0.4 МН. Скорость перемещения траверсы — 2 мм/с. Каждый этап деформации включал многократное проведение операций осадки и протяжки со сменой оси заготовки. После обработки тантала методом интенсивной пластической деформации проводился отжиг при температуре ~600 °С (ниже температуры рекристаллизации ~800 °С), при этом в заготовках обеспечивался процесс возврата, приводящий к перераспределению и уменьшению плотности дислокаций, снижению внутренних давлений. На рис. 1 показаны фотографии микроструктуры образцов тантала в исходном состоянии и после интенсивной пластической деформации методом холодной ковки.

С помощью рентгеноструктурного метода по профилю дифракционных линий измерена плотность дислокаций. Плотность дислокаций в мелкозернистом тантале составляет р0 = (5 6) • 109 см-2, что совпадает с плотностью в исходном отожженном крупнокристаллическом состоянии: р0 ~ 6 -109 см-2.

Проведены исследования механических свойств при нормальной температуре:

- на универсальной испытательной машине ИР5047-50 при скорости деформирования е; ~ 10-3 с -1;

- методом составного стержня Гопкинсона, е; ~ ~ 102 2 •10-3с -1;

- методом цилиндров Тейлора при скорости соударения Ж = 100-250 м/с;

Рис. 1. Микроструктура тантала в исходном состоянии (а) и после холодной ковки (6)

1000

800

600

200

■-.і-ф-І—І— Ї—#— | а Л—£

-б- с -С <>' ? -Ф

— і-М3 Та - 970 с-1 М3 Та - 10"3 с"1 -а- КК Та - 900 с-1 -д - КК Та - 10-3 С"1

1000

0.00

0.04 0.08

£\, ОТН. ЄД.

0.12

-Й^ і-ї {£

ДГ^ШВЕ: ЇЧпШВС і 1 г і. і.

г т

г •4 Л.Л

£г-Д”£- 5

М3 Та- 1200 С"1 -□■■■ М3 Та-10 Зс 1 -а-КК Та- 1500 с"1 -д - КК Та - 10"3 с-1

■9 1

0.00

0.08 0.16 ОТН. ЄД.

0.24

Рис. 2. Средние истинные диаграммы сжатия крупнокристаллического (КК) и мелкозернистого (М3) образцов тантала при Т = 293 К

- непрерывной регистрацией скорости свободной поверхности нагруженных образцов с помощью лазерного доплеровского измерителя скорости VISAR.

На статическое сжатие испытывались цилиндрические образцы диаметром d = 5 мм и высотой h = 7.5 мм, методом составного стержня Гопкинсона — диаметром d = 8 мм и высотой h = 4 мм, методом Тейлора — диаметром d = 5 мм и высотой h = 25 мм. На рис. 2 приведены средние истинные ст-е-диаграммы сжатия крупнокристаллического и мелкозернистого образцов тантала при нормальной температуре и разных скоростях деформирования — от 10-3 до 103с-1, а на рис. 3 — зависимости условного предела текучести от скорости деформирования, полученные при обработке ст-е-диа-грамм. Из сравнения зависимостей на рис. 2 и 3 видно, что два вида тантала в диапазоне скоростей деформаций от 0.001 до 800 с-1 обладают сильной зависимостью условного предела текучести ст-02 от скорости деформации. Так, в крупнокристаллическом тантале ст-02 возрастает приблизительно в 2 раза — от ~320 до 600 МПа, разница между крупнокристаллическим и

мелкозернистым образцами тантала составляет ~15-20 %. Наоборот, начиная со скорости деформации от 800 и до 2 000 с-1, такая зависимость практически отсутствует, а разница между крупнокристаллическим и мелкозернистым образцами тантала увеличивается до ~30 %. В целом зависимость предела текучести от скорости деформации е в диапазоне от —0.001 до 2000 с-1 носит сложный характер.

Экспериментальные данные, полученные методом цилиндров Тейлора, несут важную информацию о прочностных свойствах материалов: изменение длины L и формы цилиндров после соударения о жесткую преграду со скоростью W зависит от предела текучести У исследуемого вещества: чем больше У, тем меньше L. На рис. 4 показаны зависимости Ь/Ь0 от W(где Ь0 — начальная длина цилиндра) крупнокристаллического и мелкозернистого образцов тантала, а также данные работы [11], а на рис. 5 — фотографии образцов. При W ~ ~ 200 м/с для крупнокристаллического образца тантала Ь/Ь0 = 0.72, а для мелкозернистого — Ь/Ь0 = 0.74. Близость значений относительных изменений длин цилинд-

Рис. 3. Зависимости условного предела текучести крупнокристаллического (1) и мелкозернистого (2) образцов тантала от скорости деформирования

1.0

0.8

! 0.6

0.4

0.2

с : і о • ■ : і СО ГО

** >

I ■ 1 1 [Я д| 1

100

200

300

400

\Л/, м/с

Рис. 4. Зависимости относительного изменения длины цилиндров образцов тантала с различным размером зерна от скорости соударения при нормальной температуре: 1 — данные работы [11], 2 — крупнокристаллический тантал; 3 — мелкозернистый тантал

05.00

014.40

20

ЗО

Рис. 5. Фотографии образцов после испытания методом Тейлора крупнокристаллического (а) и мелкозернистого (6) образцов тантала. W =

= 217 (а) и 257 м/с (6)

ров при одной и той же скорости, а также их форм указывает на практически одинаковые значения пределов текучести.

Непрерывная регистрация движения скорости свободной тыльной поверхности образцов W(t) осуществлялась с помощью лазерного доплеровского измерителя скорости VISAR, имеющего временное разрешение —1 нс и пространственное разрешение —0.1 мм2. Импульсы ударной нагрузки в медных образцах создавались при соударении с плоскими алюминиевыми (АД1) ударниками, разогнанными с помощью специальных взрывных устройств до скорости 1250 м/с, что соответствует уровню давления в танталовом образце —17 ГПа. Соотношение толщины ударников и образцов в проведенных экспериментах составляло—1: 5, что позволяло сформировать на выходе из образца импульс сжатия треугольной формы.

На рис. 6 показаны измеренные профили скорости свободной поверхности крупнокристаллического и мелкозернистого образцов тантала. Проведенные исследования показали, что мелкозернистый тантал демонстрирует увеличение критических разрушающих напряжений стотк на 15-20 %, однако меняется характер упру-

Рис. 6. Зависимости скорости свободной поверхности от времени в крупнокристаллическом (1) и мелкозернистом (2) образцах тантала. йобр = 1.98 (1) и 1.82 мм (2), Нул = 0.4 мм, ^уд = 1 250 м/с

гопластического перехода, и динамический предел упругости стНЕ уменьшается на 35 % по сравнению с крупнокристаллическим танталом. Отметим, что близкий результат получен и в работе [12] для поликристал-лического тантала и тантала после холодной ковки. Образцы нагружались квазиизэнтропической волной сжатия до давления 17 ГПа, скорость деформирования— 5 • 104 с-1. Измерения показали, что для поли-кристаллического чистого тантала при толщине образцов 0.5-6 мм упругий предвестник остается постоянной величиной: стНЕ —3.2 ГПа, для тантала после холодной ковки величина стНЕ снизилась до уровня 1.7 ГПа.

3. Крупнокристаллический тантал после воздействия ударной волны

Ударно-волновое нагружение образцов крупнокристаллического тантала осуществлялось торможением свободно летящей пластины-ударника при нормальной температуре или охлаждении жидким азотом. Парамет-

Рис. 7. Схема нагружения: 1 — генератор плоской детонационной волны; 2 — взрывное вещество, 0 120 х 30 мм; 3 — вакуумируемый зазор, 8 = 8 мм; 4 — ударник, Бе, 0 120x0.5 мм (или 0 120 х 2 мм); 5 — вакуумируемый зазор, 8 = 3 мм; 6 — экран, Бе, 0 140x3 мм; 7 — контактные датчики (2 шт.); 8 — обойма, РЬ, 0 140 х 30 мм; 9 — сохраняемый образец, Та, 0 27 х 30 мм; 10 — манганиновые датчики давления D1 и D2; 11 — подложка, РЬ, 0 140 x 35 мм; 12 — песок или жидкий азот

Рис. 8. Образец после эксперимента. Вид с нагружаемой поверхности

\

Ил. ч\_ 4 5 6 / /

V -

6 8 10 12 14

I, МКС

Рис. 9. Зависимости напряжения ах от времени в разных сечениях образца тантала (нагружение ударником к = 0.5 мм): X = 0 (1), 5 (2), 10 (3), 16 (4), 22 (5) и 28 мм (6)

ры нагружения следующие: Р ~ 20-130 ГПа, е; ~ 0.11— 0.47, е; ~ 108 1010 с-1, где Р — давление во фронте ударной волны; е; — степень деформации; е; — скорость деформации. Во всех экспериментах образцы сохранялись для дальнейшего микроструктурного анализа и исследования механических свойств. Схема нагружения показана на рис. 7, а сохраненный образец после

Таблица 1

Параметры нагружения и объемная доля двойников в зернах тантала

Р, ГПа t, мкс Є;, отн. ед. Т, °С а, %

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

80 0.33 2-3

60 0.27 20 1-2

25 0.25 0.15 -

80 0.33 16

60 0.27 4 -1 5

25 0.15 190 6

130 0.47 16

100 0.75 0.38 15

50 0.25 20

Рис. 10. Двойниковая структура в поликристаллическом тантале после ударно-волнового нагружения при охлаждении жидким азотом. Оптическая (а) и просвечивающая микроскопия (6)

опыта — на рис. 8. Время действия ударной волны варьировалось толщиной ударника (к = 0.5 и 2.0 мм). На рис. 9 показаны зависимости давления от времени в разных сечениях танталового образца, из которого видно, что давление меняется по мере прохождения вглубь от 120 до 20 ГПа.

Микроструктуру деформированных сохраненных образцов изучали методами оптической, сканирующей и просвечивающей микроскопии. Количественный мик-роструктурный анализ выполнен методом секущих.

В крупнокристаллическом тантале при данном режиме нагружения появились полосы локализованного сдвига двойниковой природы (рис. 10, а). Толщина двойников составляет 0.3—0.4 мкм (рис. 10, 6). Замечена зависимость количества двойников от давления Р, времени действия ударно-волнового нагружения t и начальной температуры Т. В табл. 1 приведены параметры ударно-волнового нагружения и объемная доля двойников а в зернах.

Результаты измерений плотности дислокаций приведены на рис. 11 в координатах «плотность дислокаций — деформация»1. Из рис. 11 видно, что плотность дисло-

1 Полная деформация при ударно-волновом нагружении рассчитывается по сжатию металла Є; = 4/31п8 = 4/31п(р/ро), где 8 = = р/р0> Ро и р — начальная и текущая плотности при ударно-волновом нагружении соответственно.

Рис. 11. Зависимость плотности дислокаций в тантале от деформации после воздействия ударных волн при нормальной температуре (1 ) и с охлаждением (2)

Рис. 12. Схема разрезания образцов

каций после ударно-волнового нагружения увеличивается в 3-4 раза, по сравнению с исходным состоянием, и составляет ~ (2.5 3.0)-1010 см-2. Охлаждение тантала до температуры жидкого азота при ударно-волновом нагружении не приводит к существенному изменению плотности дислокаций.

Образцы тантала после предварительного ударноволнового нагружения при времени действия ґ = = 0.25 мкс разрезали для исследования механических свойств. Схема разрезания показана на рис. 12.

Диаграммы сжатия крупнокристаллического тантала до и после воздействия ударно-волнового нагружения при скорости деформирования Є; ~103с-1 показаны на рис. 131. На том же рисунке представлены данные работы [2], в которой исследовался чистый отожженный тантал: структура этого материала имела равноосные зерна размером 68 мкм [2], образцы подвергались ударноволновому нагружению амплитудой 7 и 20 ГПа длительностью импульса 1 мкс (нагружение производилось посредством удара образца пластиной толщиной 1.9 мм, летящей со скоростью 235 и 630 м/с).

Из рис. 13 видно, что согласно данным работы [2] до давления ударных волн менее 20 ГПа в тантале не

1 Диаграммы построены с учетом полной накопленной при ударноволновом нагружении деформации.

Рис. 13. Истинные а—е-диаграммы сжатия при скорости деформации 3 —1

~ 10 с тантала в исходном состоянии и после предварительного нагружения ударной волной: 1 — Р = 7 ГПа [2]; 2 — Р = 20 ГПа [2]; 3 — Р = 30 —20 ГПа, е = 0.18—0.14; 4 — Р = 60 —30 ГПа, е = 0.27— 0.18; 5 — Р = 120—60 ГПа, е = 0.45—0.27

происходит какого-либо дополнительного упрочнения: условный предел текучести не изменяется в пределах экспериментальной погрешности. С увеличением давления ударных волн от 20 до 120 ГПа происходит дополнительное упрочнение в —1.3—1.5 раз, связанное, по всей видимости, с увеличением плотности дислокаций и микродвойников. Здесь следует отметить, что аналогичный результат получен для меди и алюминия [5, 9], имеющих ГЦК-решетку.

4. Заключение

Представлены экспериментальные данные по исследованию механических свойств тантала с размером зерна 80 и 1—2 мкм при статическом, динамическом и ударно-волновом нагружениях. Уменьшение размера зерна тантала в 80 раз не привело к существенному изменению его прочностных свойств при статическом и динамическом деформировании: условный предел текучести увеличился лишь на —20—30 %. Измерения скорости свободной поверхности при нагружении металлов ударными волнами интенсивностью —17 ГПа указывают на уменьшение упругого предвестника мелкозернистого тантала на —35 % и увеличение критических разрушающих напряжений на 15—20 %. Обнаружена сложная зависимость прочностных свойств тантала от скорости деформации.

Нагружение крупнокристаллического тантала ударными волнами интенсивностью —130—20 ГПа приводит к изменениям его внутренней микроструктуры: появляются микродвойники, процентное содержание которых составляет —2—4 % при нормальной температуре и 15 — 20 % при охлаждении жидким азотом. Количество микродвойников увеличивается с увеличением времени действия ударной волны. Плотность дислокаций возрас-

тает в 3-4 раза и составляет ~ (2.5 3.0)-1010 см-2. При нагружении тантала ударными волнами давлением менее 20 ГПа не происходит какого-либо дополнительного упрочнения: условный предел текучести не изменяется в пределах экспериментальной погрешности. С увеличением давления ударных волн с 20 до 120 ГПа происходит дополнительное упрочнение тантала в ~1.3-1.5 раза.

Работа выполнена при поддержке Лос-Аламосской национальной лаборатории (США), РФФИ (гранты № 08-02-00087а и 09-02-97036_Поволжье) и Президента РФ № НШ-1307.2008.1.

Литература

1. Mishra A., Martin M., Thadhani N.N., Kad B.K., Kenik E.A., Meyers A.M. High-strain-rate response of ultra-fine-grained copper // Acta Mater. - 2008. - V. 56. - No. 12. - P. 2770-2783.

2. Gray G.T. III, Vecchio K.S. Influence of peak pressure and temperature on the structure/property response of shock-loaded Ta and Ta-10W // Metall. Mater. Transact. A. - 1995. - V. 26. - No. 10. - P. 25552563.

3. Мурр Л.Е. Микроструктура и механические свойства металлов и сплавов после нагружения ударными волнами // Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / Под ред. М.А. Мейерса, Л.Е. Мурра. - М.: Металлургия, 1984. - С. 202241.

4. Мейерс М.А., Мурр Л.Е. Образование дефектов при деформирова-

нии ударной волной // Ударные волны и явления высокоскорост-

ной деформации металлов / Под ред. М.А. Мейерса, Л.Е. Мурра. -М.: Металлургия, 1984. - С. 121-151.

5. Свинсон Т. Образование дислокаций в чистом алюминии при ква-зистатическом и ударном нагружении // Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / Под ред. М.А. Мейерса, Л.Е. Мурра. - М.: Металлургия, 1984. - С. 164.

6. Эпштейн Г.Н., Кайбышев О.А. Высокоскоростная деформация и структура металлов. - М.: Металлургия, 1971. - 208 c.

7. MurrL.E., Kuhlmann-WilsdorfD. Experimental and theoretical observations on the relationship between dislocation cell size, dislocation density, residual hardness, peak pressure and pulse duration in shock-loaded nickel // Acta Met. - 1978. - V. 26. - No. 5. - P. 847-857.

8. Раевский В.А., Подурец А.М., Ханжин В.Г. и др. Двойниковые структуры в меди после ударного и безударного высокоскоростного деформирования // IX Харитоновские научные чтения: Труды Межд. конф., Саров, 2007 г. - Саров: Изд-во РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2007. - С. 424.

9. Bushmelev PS., Vedernikova I.I., Ignatova O.N. et al. Influence of high-rate loading on microstructure and dynamic properties of copper // IX Харитоновские научные чтения: Труды Межд. конф., Саров, 2007 г. - Саров: Изд-во РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2007.

10. Жеребцов С.В., Галеев Р.М., Валиахметов О.Р., Малышева С.П., СалищевГ.А., МыгшляевМ.М. Формирование субмикрокристалли-ческой структуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией и их механические свойства // КШП. - 1999. - №2 7. -С. 17-22.

11. Jones S., Gillis P., Foster J. On the equation of motion of the underformed section of a Taylor impact specimen // J. Appl. Phys. - 1987. -V. 61. - No. 2. - Р. 499-502.

12. Asay J.R., AO T., Vogler T.J., Gray G.T. III. Yield response of tantalum for quasi-isentropic loading and unloading // 16th APS Topical Conf. on Shock Compression of Condensed Matter, June 28 - July 3, 2009.

Поступила в редакцию 07.04.2010 г.

Сведения об авторах

Аниськин Михаил Васильевич, зам. нач. отд. РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Игнатова Ольга Николаевна, к.ф.-м.н., снс РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected], [email protected]

Каганова Ирина Ивановна, к.т.н., снс РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Кальманов Алексей Васильевич, нач. группы РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Кошатова Елена Владимировна, мнс РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Лебедев Александр Иванович, к.ф.-м.н., нач. лаб. РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Лосев Виталий Викторович, инж. РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Подурец Алексей Михайлович, к.ф.-м.н., нач. сектора РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Поляков Лев Викторович, внс РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Ткаченко Михаил Игоревич, инж.-иссл. РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Цибиков Андрей Николаевич, нач. группы РФЯЦ-ВНИИЭФ, [email protected]

Салищев Геннадий Алексеевич, д.т.н., проф., рук. лаб. БелГУ, [email protected]

Гаркушин Геннадий Валерьевич, к.т.н., нс ИПХФ РАН, [email protected]

Разоренов Сергей Владимирович, д.т.н., зав. лаб. ИПХФ РАН, [email protected]

Zocher Marvin A., Los Alamos National Laboratory, [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.