CC BY
30
Влияние термомеханической обработки.
УДК 539.67
В. В. Поляков, A.B. Жданов
Влияние термомеханической обработки на релаксационные спектры пористого железа
Для выявления особенностей диссипации энергии упругих колебаний в композиционных материалах весьма эффективным является измерение величины внутреннего трения. В случае компактных металлов и их сплавов поведение внутреннего трения изучено достаточно полно. Однако для резко неоднородных материалов, примером которых являются пористые металлы, влияние параметров структуры и внешних условий на рассеяние энергии упругих колебаний имеет достаточно сложный и малоизученный характер. В связи с этим представляет существенный интерес изучение особенностей процессов рассеяния энергии механических колебаний в пористых металлах и выявление механизмов, обусловливающих диссипацию энергии в зависимости от состава, механической и термической обработок.
Измерения внутреннего трения проводились на установке, работавшей по принципу обращенного крутильного маятника и позволявшей регистрировать затухание свободных крутильных колебаний образца [1, 2] . Исследования проводились в амплитудонезависимой области при частоте £ = 20Гц. Интервал температур изменялся от 300 до 1000 К. Для уменьшения потерь в результате демпфирования воздухом и избежания окисления поверхности образцов экспериментальная установка помещалась в вакуумную камеру. Образцы для исследований изготовлялись из железного порошка ПЖРВ2 путем прессования и последующего спекания в вакууме в течение полутора часов при температуре 1300 К согласно [3-4] и имели вид стержней размером 2х2х65 мм. Пористость образцов Р, вводимая как объемная доля пустот, изменялась в интервале от 0 до 30%.
Изменение параметров структуры создавалось путем термической и механической обработок. Часть образцов подвергалась отжигу, проводившемуся в вакууме в течение 30 ч при Т = 1000 К с последующим одновременным остыванием с печью. Такой режим термообработки приводил к увеличению размеров зерна примерно в 2 раза [4] . Отжиг вызывал уменьшение плотности тройных стыков в связи с ростом зерен и тем самым влиял на характеристики исследуемого зернограничного максимума [5] . Часть прошедших отжиг образцов подвергалась механическому наклепу, повышавшему общую дефектность материала.
Структурные параметры, характеризующие зерна, поры и границы раздела, определялись по металлографическим шлифам с помощью оптического микроскопа КеорЬо"Ь-32. Результаты измерений представлялись в виде зависимостей внутреннего трения от температуры Т при различных фиксированных пористостях. Типичный вид полученных зависимостей приведен на рисунке для пористости Р = 11% и компактного (Р = 0) армко-железа.
Как видно из рисунка, термообработка изменяет первоначальный вид кривой 2~1(т)
Зернограничный максимум смещается в сторону меньших температур, что может быть объяснено ростом зерна. Наблюдается также уширение пика вследствие увеличения разброса в размерах зерен.
Влияние термомеханической обработки на релаксационные спектры в железе. а - исходное состояние; б - после отжига; в - после отжига и наклепа. 1-Р = 0,2-Р = 11%
ФИЗИКА
Экспериментальные данные для отожженных образцов, подвергнутых наклепу, свидетельствуют о значительном росте фона внутреннего трения. Это связано с ростом общей дефектности структуры. При этом положение зерно граничного максимума на оси температур остается неизменным.
Сопоставление кривых, описывающих компактные и пористые образцы, показывает, что термообработка заметно изменяет вид релаксационного спектра пористого металла по сравнению с ком-
пактньм. Это обусловлено, по-видимому, существенно меньшим увеличением зерен в пористом материале из-за роли пор, сдерживающих рекристаллизацию [6].
Полученные данные свидетельствуют о существенной роли пористой структуры в процессах релаксации на различных границах раздела и позволяют выявить специфические механизмы диссипации энергии в материалах с резко неоднородным строением.
Литература
1- Постников B.C. Внутреннее трение в металлах. М.,1974.
2 Дударев Е.Ф., Поляков В.В., Алексеев А. Н. Влияние пористости на температурную зависимость внутреннего трения в железе // Металлофизика и новейшие технологии. 1995. Т. 17. N7.
3 Polyakov V.V., Egorov A.V., Svistun I.N. Investigation of plastic deformation and fracture of EM materials on the basis of acoustic emission method. // Proc. of the Intern. conf. "Deformation and fracture in EM materials". Piestany, 1999. Vol. 1.
4 Поляков В. В., Сыров Г. В., Демьянов Б. Ф. Особенности пластической деформации пористых металлов //Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. №1.
5. Рабухин В.Б. Роль тройных стыков границ в зернограничной неупругости // ФММ. 1983. Т. 55. Вып. 1.
6. Поляков В.В., Алексеев А.Н., Жданов А.В. Влияние пористой структуры на температурные релаксационные спектры в меди: Препринт №2 / АТУ. Барнаул, 1998.
