авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Кинетика старения медно-бериллиевых сплавов в постоянном магнитном поле

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Петров Сергей Степанович

КИНЕТИКА СТАРЕНИЯ МЕДНО-БЕРИЛЛИЕВЫХ СПЛАВОВ В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

01.04.07 – Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Самара – 2011

Работа выполнена на кафедре «Физика твердого тела и неравновесных систем» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный университет».

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Покоев Александр Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Муратов Владимир Сергеевич

кандидат физико-математических наук, доцент

Рясный Александр Валентинович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный

университет»

(г. Тольятти)

Защита диссертации состоится «02» декабря 2011 г. в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.01 при ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, ауд. 500.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская 244, Главный корпус на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.217.01; факс: (846) 278-44-00.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет».

Автореферат разослан «31» октября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н. Самборук А.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение износостойкости и прочности металлических сплавов является актуальной задачей современной физики твердого тела и физического материаловедения. Для её практического решения в настоящее время применяются различные методы термообработки, в том числе и технология искусственного старения. Феноменологически улучшение физико-механических свойств сплавов при старении обусловлено процессами распада зафиксированного закалкой пересыщенного состояния сплава. При старении в решетке сплава образуются дисперсные фазы, скорость роста которых контролируется диффузией и зависит от внешних воздействий, в том числе и от приложенного постоянного магнитного поля (ПМП). Экспериментально обнаружен эффект влияния слабых магнитных полей с магнитной энергией порядка EmВB<<kT (В – магнетон Бора, В – индукция магнитного поля 1 Тл, k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура), на микро- и макроскопические свойства различных материалов в том числе и диамагнитных, такие как пробеги дислокаций, внутреннее трение, микротвердость, предел прочности и др., который получил название магнитопластического эффекта (МПЭ) [1-3]. Несмотря на то, что количество экспериментальных данных в этом направлении постоянно увеличивается, до сих пор не установлены механизмы возникновения МПЭ в металлах и сплавах. Предпринимаются попытки объяснения МПЭ с точки зрения спин-зависимых реакций дефектов [4, 5].



Ранее в работах [6, 7] было установлено, что ПМП, наложенное на процесс старения бериллиевой бронзы БрБ-2, оказывает существенное влияние на ее структуру и свойства. В частности, ПМП увеличивает микротвердость состаренного сплава до 30 %, изменяет микроструктуру сплава, размер и количество фазовых выделений, которые с различной эффективностью оказывают сопротивление движущимся дислокациям, т.е. в итоге формируется post МПЭ. Кроме того, в работах [8, 9] методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов показано, что наложение ПМП на процесс старения in situ изменяет кинетику фазообразования в этом сплаве. Однако на данный момент не выяснена природа столь значительной реакции диамагнитного сплава БрБ-2 на приложенное ПМП.

Так как сплав бериллиевой бронзы БрБ-2 является техническим, в его состав кроме основных элементов – меди и бериллия – входят другие примеси, причем некоторые из них относятся к ферромагнитным (например, Ni 0.3 вес. %). Физическая интерпретация наблюдаемых эффектов при этом осложняется и становится неоднозначной, поскольку наличие ферромагнитных примесей может заметно повлиять на эффективность воздействия ПМП на процессы старения и, следовательно, изменить свойства сплава. Для изучения кинетики старения медно-бериллиевых сплавов и выяснения физической природы возникновения МПЭ в рамках представленной диссертационной работы из высокочистых паспортизированных материалов были изготовлены и исследованы пять модельных бинарных медно-бериллиевых сплавов с содержанием бериллия 0.5, 1.0, 1.6, 2.7, 3.0 вес. % и с максимальным суммарным содержанием ферромагнитных примесей не более 0.035 вес. %.

Основная цель работы: Комплексное экспериментальное исследование кинетики старения бинарных медно-бериллиевых сплавов с концентрацией бериллия 0.5, 1.0, 1.6, 2.7, 3.0 вес. % в ПМП и выяснение физической природы МПЭ в данных сплавах. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Обосновать состав, технические условия выплавки и подготовить образцы бинарного сплава Cu-Be с различной концентрацией бериллия, удовлетворяющие необходимым требованиям по «чистоте» сплава и составу примесей.

2. Установить наличие и закономерности МПЭ в медно-бериллиевых сплавах с различной концентрацией бериллия, состаренных в ПМП.

3. Комплексом современных физических методов выполнить систематические экспериментальные исследования влияния ПМП на структуру и свойства состаренных медно-бериллиевых сплавов.

4. Выявить и сформулировать основные закономерности кинетики процесса старения медно-бериллиевых сплавов в условиях наложения ПМП.

5. Дать физическую интерпретацию наиболее вероятных механизмов влияния ПМП на старение медно-бериллиевых сплавов.

Научная новизна: Анализ существующих литературных данных показал, что сведения о влиянии ПМП на процессы старения и МПЭ медно-бериллиевых сплавов весьма ограничены. В настоящей работе:

1. Получены систематические экспериментальные данные по влиянию ПМП напряженностью 557.2 кА/м (7.0 кЭ) на свойства медно-бериллиевых сплавов с концентрацией бериллия 0.5, 1.0, 1.6, 2.7, 3.0 вес. % Be, состаренных при температуре 300 °С и времени старения от 0.17 до 2 ч.

2. Установлены наличие, величина и экспериментальные закономерности МПЭ в медно-бериллиевых сплавах с различной концентрацией бериллия, доказывающие, что ПМП может оказывать заметное влияние на характеристики сплавов и быть эффективным фактором воздействия в формировании заданных свойств.

3. Установлена концентрационная зависимость МПЭ состаренных медно-бериллиевых сплавов, которая показывает, что увеличение концентрации бериллия от 0.5 до 3.0 вес. % приводит к существенному изменению размера зерна, параметров тонкой структуры, микротвердости и фазового состава.

4. При совокупном анализе результатов настоящей работы и литературных данных установлено, что наличие легирующей примеси никеля в медно-бериллиевых сплавах приводит к увеличению МПЭ.

5. На основе данных комплексного экспериментального исследования предложены и качественно обоснованы механизмы влияния ПМП на кинетику старения медно-бериллиевых сплавов, основанные на структурной эволюции магниточувствительных центров, ответственных за МПЭ в медно-бериллиевых сплавах.

Практическая значимость заключается в том, что результаты работы будут иметь значение для создания новых и развития существующих технологий термомагнитной обработки неферромагнитных медных сплавов.

Они могут служить физической основой для создания методов магнитного управления процессами фазообразования и агрегации при старении медно-бериллиевых сплавов. Результаты комплексных экспериментальных исследований имеют прикладное значение для авиационно-космической, машиностроительной и нефтяной промышленности. Они могут быть использованы при изготовлении узлов и деталей, обрабатываемых давлением в горячем и холодном состоянии, которые требуют высоких трибологических и прочностных свойств при многократных циклических и вибрационных нагрузках, отсутствия остаточной намагниченности, устойчивость против коррозии в атмосферных условиях.

Особенно перспективно использование результатов работы для развития спинтроники в направлении создания магниточувствительных кластеров, атомная структура которых чувствительна к наличию магнитного поля, и на основе которых могут быть разработаны малоатомные ячейки памяти, способные "переключаться" сравнительно слабым полем при высоких температурах [10].

Совокупный анализ всех полученных экспериментальных данных, основанный на учете параметров структуры и свойств, таких как размер зерна, магнитопластический эффект, относительные микроискажения, плотность дислокация и фазовый состав позволяет рекомендовать для практического использования следующий состав и режим термомагнитной обработки медно-бериллиевых сплавов: сплав Cu-2.7 вес. % Ве, температура – 300 °С, напряженность ПМП – 557.2 кА/м (7.0 кЭ), время старения – 0.5-1 ч.

Достоверность и обоснованность научных результатов настоящей работы подтверждаются использованием комплекса современных апробированных и общепризнанных методов исследования, надежным автоматизированным контролем условий проведения эксперимента и обработки полученных результатов, их повторяемостью и всесторонним анализом, проверкой независимыми методами исследования и сравнением с имеющимися литературными данными.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Наложение ПМП напряженностью 557.2 кА/м (7.0 кЭ) на процесс старения медно-бериллиевых сплавов с концентрацией бериллия от 0.5 до 3.0 вес. % при температуре 300 C и времени старения от 10 мин до 2 ч приводит к возникновению МПЭ, величина которого по данным измерений микротвердости достигает 15 %.

2. Увеличение исходной концентрации бериллия в состаренных медно-бериллиевых сплавах от 0.5 до 3.0 вес. % приводит к увеличению микротвердости до 3.5 раз, уменьшению размера зерна в 3 раза, агрегированию большего количества фазы -CuBe.

3. Наложение ПМП на процесс старения медно-бериллиевых сплавов заметно влияет на его кинетику, в результате чего увеличивается средний размер блоков когерентного рассеяния, уменьшаются относительные микродеформации и плотность дислокаций, что приводит к формированию более совершенной структуры матричной и вторичной фазы.

4. Магниточувствительными объектами, по данным нейтронных измерений, которые реагируют на включение-выключение ПМП при старении медно-бериллиевых сплавов, являются кластеры размером ~1 нм.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях различного уровня: «XX Международное Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния» (Санкт-Петербург, 2008); XLIII, XLIV и XLV Зимняя Школа ПИЯФ им. Б.П. Константинова РАН (Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011); «Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования», МЕТАЛЛДЕФОРМ-2009, (Самара, 2009); XLVIII Международная конференция, посвященная памяти М.А. Криштала «Актуальные проблемы прочности» (Тольятти, 2009); XXI Симпозиум «Современная химическая физика» (Туапсе, 2009); Первые Московские чтения по проблемам прочности и пластичности, посвященные 85-летию со дня рождения профессора В.Л. Инденбома и 90-летию со дня рождения профессора Л.М. Утевского (Москва, 2009); IV и V Международная конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (Тамбов 2007, 2010); Вторая международная конференция «Наноматериалы и нанотехнологии в металлургии» (Москва, ЦНИИчермет им. И.П. Бардина, 2011); на научных конференциях сотрудников СамГУ и научных семинарах кафедры ФТТиНС СамГУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и тезисы 11 докладов на международных и всероссийских конференциях и школах.





Личный вклад автора в диссертационную работу. Автору в равной степени принадлежат как полученные экспериментальные результаты, так и анализ выполненных исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из Введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 181 страниц текста, включая 33 рисунка, 23 таблицы, список используемой литературы из 149 наименований и приложения на 36 страницах.

Диссертационная работа выполнена по плану аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010)» (проект № 2.1.1/841).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении диссертации дается характеристика состояния проблемы, обоснование актуальности темы диссертации, ее научная и практическая значимость, формулируется цель, задачи исследования и положения, выносимые на защиту.

В первой главе сделан литературный обзор по теме диссертации. Приводятся основные современные представления о процессах распада пересыщенного твердого раствора при внешних воздействиях, дан обзор литературных данных по влиянию магнитного поля на свойства медно-бериллиевых сплавов. Рассмотрены существующие в литературе механизмы и модели влияния МП на структуру и свойства немагнитных материалов. Анализируются различные виды дефектов, их электронно-спиновые свойства, способные внести вклад в МПЭ.

Вторая глава посвящена материалам и методикам исследования. В качестве материалов исследования использовали высокочистую паспортизированную бериллиевую лигатуру МБ-1 (ГОСТ 23912-79, Cu-10 вес.% Be, поставлена из НПО «Луч», г. Подольск) и чистую медь марки М00К (ГОСТ 546-2001), из которых в лаборатории прецизионных сплавов ИФМ УрО РАН были выплавлены бинарные сплавы Cu-Be с различной концентрацией бериллия и суммарным содержанием примесей магнитных элементов не более 0.035 вес. % (см. табл. 1).

Таблица 1

Состав используемых образцов

Элемент Cu-0.5 вес. % Be Cu-1.0 вес. % Be Cu-1.6 вес. % Be Cu-2.7 вес. % Be Cu-3.0 вес. % Be
Сu основной основной основной основной основной
Be 0.500 1.000 1.600 2.700 3.000
Fe 0.010 0.010 0.020 0.020 0.010
Co <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 <0.010
Ni 0.004 0.002 0.002 0.005 0.004


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.