CC BY
51
УДК 539.2
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ДИНАМИКУ БЕТА-ИНДУЦИРОВАННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ МИКРОТВЕРДОСТИ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
© Н.Ю. Ефремова, Д.Г. Гусева, А.Е. Золотов, А.В. Шуклинов
Ключевые слова: алюминий-магниевые сплавы; малодозовое низкоинтенсивное бета-облучение; термические воздействия; микротвердость.
Исследованы особенности динамики изменений (индуцируемых малодозовым (Р < 3,5 • 1012 см-2) низкоинтенсивным (I = 3-106 см-2с-1) потоком бета-частиц) микротвердости сплавов АМг3 и АМг6, прошедших различную предварительную термическую обработку. Показано, что закалка от температур выше сольвус приводит к инверсии знака бета-индуцированных изменений микротвердости сплавов.
Алюминий-магниевые сплавы, обладая сочетанием высокой прочности, свариваемости, коррозионной стойкости и низкой плотности, находят широкое применение в авиационной технике, автомобильном и химическом машиностроении, судостроении и т. д. С учетом специфики практического использования, первостепенное значение для сплавов АМг имеют механические свойства. Целенаправленная модификация механических свойств сплавов АМг обычно осуществляется путем варьирования химического состава (изменений концентрации магния и других примесей), а также механических и термических воздействий. Наряду с традиционными термо-механическими технологиями в последние годы стали активно разрабатываться методы радиационно-индуцированной модификации механических характеристик АМг [1, 2]. Следует отметить значительные успехи, достигнутые при исследовании изменений механических свойств полупроводниковых кристаллов в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения [3-10], не требующего использования дорогостоящих ускорителей заряженных частиц.
В связи с этим целью настоящей работы являлось исследование закономерностей изменения микротвердости алюминий-магниевых сплавов (прошедших различную предварительную термическую обработку) в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения.
Исследовали холоднокатаные сплавы АМг3 и АМг6. Для облучения образцов использовали источник на основе препарата 9<^г + 9<^ со средней энергией эмитируемых электронов 0,20 МэВ для 9<^г и 0,93 МэВ для 9<^, т. е. превышающей пороговую энергию дефек-тообразования в алюминии. Интенсивность потока бета-частиц, рассчитанная посредством компьютерного моделирования, составляла I = 3-106 см-2с-1. Тестирование микротвердости по Виккерсу осуществляли при комнатной температуре на воздухе с использованием производственного микротвердомера ПМТ-3.
Известно, что термические воздействия могут привести к значительным изменениям механических характеристик алюминий-магниевых сплавов. Показано,
что повышение температуры часового отжига до значений Т > 300 °С вызывает скачкообразное уменьшение микротвердости образцов АМг3 на 30 % (рис. 1). Сравнительный анализ зависимостей микротвердости от температуры отжига для сплавов АМг3 и АМг6 позволяет заключить, что увеличение содержания магния в сплаве от 3 до 6 % приводит к смещению температурного интервала (в котором происходит скачкообразное разупрочнение) на 50 X в область меньших значений (рис. 1).
Температура Г„, "С
Рис. 1. Зависимости микротвердости сплавов АМг3 и АМг6 от температуры отжига (длительность отжига = 1 ч) с последующей закалкой. На врезке представлена зависимость микротвердости сплавов АМг6 от времени выдержки при различных температурах. Временные интервалы, в течение которых образцы выдерживались при фиксированных температурах, выделены цветом
Показано, что наведенное отжигом (с последующей закалкой) разупрочненное состояние сохраняется неизменным по крайней мере в течение 200 ч при ком-
1727
натной температуре и 6 ч при Т = 150 °С, что свидетельствует о его относительной стабильности. Это позволяет исключить из рассмотрения возможность самопроизвольного изменения микротвердости во время регистрации дозовых зависимостей для сплавов АМг, прошедших предварительную термическую обработку.
Обнаружено, что экспозиция холоднокатаных сплавов АМг6 в поле бета-частиц с плотностью потока I = 3-106 см-2с-1 сопровождается уменьшением микротвердости (рис. 2, кривая 1). При этом зависимость Щ^) характеризуется двумя стадиями: скачкообразным разупрочнением и последующим плавным уменьшением микротвердости.
Рис. 2. Зависимости микротвердости холоднокатаных (1) и прошедших предварительную процедуру отжига при Т = = 270 °С (2) и Т = 500 °С (3) сплавов АМг6 от длительности бета-облучения с интенсивностью I = 3-106 см-2с-1. На врезке схематично изображена последовательность процедур
Показано, что предварительная выдержка образцов АМг6 при температуре сольвус (Т = 270 °С) приводит к исчезновению второй (медленной) стадии бета-индуцированного разупрочнения (рис. 2, кривая 2). Предварительная закалка сплава АМг6 от температур выше сольвус (Т = 500 °С) вызывает инверсию знака бета-индуцированных изменений микротвердости. Низкоинтенсивное бета-облучение сплавов, прошедших процедуру отжига (Тщд = 500 °С, ^ = 1 ч) с последующей закалкой, сопровождается немонотонным (М-образным) упрочнением (рис. 2, кривая 3). Следует отметить, что уменьшение содержания в сплаве магния от 6 до 3 % приводит к замедлению процесса бета-индуцированного изменения микротвердости.
Таким образом, показана возможность управления механическими свойствами алюминий-магниевых сплавов посредством низкоинтенсивного бета-облучения, комбинированного с предварительной тер-
мической обработкой. Полученные данные свидетельствуют не только о связи динамических параметров бета-индуцированных изменений микротвердости сплавов АМг с процентным содержанием магния, но и о зависимости знака радиационно-пластического эффекта (наблюдаемого при низкоинтенсивном бета-облучении) от степени растворенности Mg в сплаве.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дубинко В.И., Довбня А.Н., Кушнир В.А., Ходак И.В., Лебедев В.П., Крыловский В.С., Лебедев С.В., Клепиков В.Ф. Воздействие электронного облучения на скачкообразную деформацию сплава Al - 3 % Mg // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2010. № 5. С. 36-42.
2. Дмитриевский А.А., Ефремова Н.Ю., Гусева Д.Г. Микротвердость алюминий-магниевых сплавов в условиях действия низкоинтенсивного бета-облучения // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. № 5. С. 1408-1409.
3. Бадытевич М.В., Блохин И.В., Головин Ю.И., Дмитриевский А.А., Карцев С.В., Сучкова Н.Ю., Толотаев М.Ю. Немонотонные изменения концентрации радиационных дефектов донорного и акцепторного типов в кремнии, индуцируемые слабоинтенсивным бета-облучением // ФТП. 2006. Т. 40. № 12. С. 1409-1411.
4. Головин Ю.И., Дмитриевский А.А., Сучкова Н.Ю., Бадытевич М.В. Многостадийное радиационно-стимулированное изменение микротвердости монокристаллов Si, инициируемое малоинтенсивным бета-облучением // ФТТ. 2005. Т. 47. № 7. С. 1237-1240.
5. Головин Ю.И., Дмитриевский А.А., Николаев Р.К., Пушнин И.А. Влияние ультраслабого ионизирующего облучения на магнитопластический эффект в монокристаллах фуллерита Сб0 // ФТТ. 2003. Т. 45. № 1. С. 187-190.
6. Головин Ю.И., Дмитриевский А.А., Сучкова Н.Ю. Влияние типа и концентрации легирующей примеси на динамику бета-индуцированного изменения микротвердости кремния // ФТТ. 2008. Т. 50. № 1. С. 26-28.
7. Дмитриевский А.А., Головин Ю.И., Васюков В.М., Сучкова Н.Ю. Влияние электрических полей на динамику изменений микротвердости кремния, индуцируемых низкоинтенсивным бета-облучением // Изв. РАН. Серия Физическая. 2008. Т. 72. № 7. С. 988-990.
8. Головин Ю.И., Дмитриевский А.А. Эффекты влияния малых доз и интенсивностей радиационных и электромагнитных воздействий на свойства реальных кристаллов // Журнал функциональных материалов. 2007. Т. 1. № 1. С. 11-20.
9. Дмитриевский А.А., Ефремова Н.Ю., Головин Ю.И., Шукли-нов А.В. Фазовые превращения под индентором в кремнии, облученном низкоинтенсивным потоком бета-частиц // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. № 3. С. 62-65.
10. Дмитриевский А.А., Ефремова Н.Ю., Вихляева Е.М., Корен-ков В.В., Шуклинов А.В., Badylevich M., Fedorenko Y.G. Механические свойства структур AlN/Si в условиях низкоинтенсивного бета-облучения // Изв. РАН. Серия Физическая. 2010. Т. 74. № 2. С. 229-232.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-02-31223 мол_а).
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Efremova N.Y., Guseva D.G., Zolotov A.E., Shuklinov A.V. INFLUENCE OF CONDITIONS OF THERMAL PROCESSING ON DYNAMICS OF BETA-INDUCED MICROHARDNESS CHANGES OF ALUMINIUM-MAGNESIUM ALLOYS
Feature of changes dynamics (induced by the low-flux of beta-irradiation) of alloys AlMg3 and AMg6 microhardness, passed through various thermal processing is investigated. It is shown that annealing at temperatures above solvus leads to an inversion of the sign of the beta-induced microhardness changes of alloys.
Key words: aluminum-magnesium alloys; low-flux beta-irradiation; thermal effects; microhardness.
1728
