Ю. А. ПЕРЛОВИЧ, М. Г. ИСАЕНКОВА, В. А. ФЕСЕНКО,
М. М. ГРЕХОВ, С. Ю. КРОПАЧЕВ1, М. Г. ШТУЦА1,
В. Б. ФИЛИППОВ1, ЧЖО ТЕЙН ХТВЕ, ТАН ЗО ТХАЙК,
А. А. КАБАНОВ2, О. В. БОЧАРОВ2, А. К. ШИКОВ2
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
! Механический Завод, Глазов
2ГНЦ РФ Всероссийский научно-исследовательский институт
неорганических материалов
МЕХАНИЗМЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ Zr
В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ
На основе результатов изучения структуры и текстуры промышленных сплавов на основе Zr, подвергнутых одноосному сжатию, выявлены механизмы их пластической деформации при различных температурно-скоростных режимах.
Метод свободной ковки, используемый в настоящее время при получении заготовок для производства труб из циркониевых сплавов, обладает рядом недостатков, главным из которых является невозможность надежного управления деформационно-скоростными и температурными параметрами процесса. Это неблагоприятно отражается на качестве полуфабрикатов и эксплуатационных характеристиках конечных изделий для АЭС. Однако, переход отечественного производства к использованию современных ковочных комплексов, оснащенных автоматизированными системами управления, будет рентабельным лишь при условии их оперативного внедрения, при их интенсивной рациональной эксплуатации, при повышении качества полуфабрикатов и изделий. Для реализации этого было необходимо предварительное проведение исследований, направленных на выявление оптимальных температурно-скоростных режимов ковки, доступных при использовании нового ковочного оборудования. Поскольку постановка технологических экспериментов на реальных полномасштабных заготовках экономически неприемлема, для проведения исследования были изготовлены модельные образцы, подвергнутые одноосному сжатию при контролируемом варьировании температуры и скорости деформации в широком интервале, отвечающем возможностям внедряемого промышленного оборудования.
Применение рентгеновских методов исследования, включая фазовый анализ, текстурный анализ и анализ профиля рентгеновской линии, а также методов оптической микроскопии и измерения микротвердости позволило получить обширную информацию о процессах формирования структуры и текстуры в циркониевых сплавах при их технологической обработке. Рассмотрены также возможные проявления масштабного фактора, требующего учета при переносе на реальные полномасштабные заготовки экспериментальных данных, полученных применительно к модельным образцам малого размера.
На основании результатов текстурного анализа образцов из циркониевых сплавов, подвергнутых сжатию при температурах b- и (a+b)-областей диаграммы состояния, установлены механизмы пластической деформации, ответственные за особенности наблюдаемых текстур a-фазы. В числе этих механизмов – кристаллографическое скольжение в зернах b-Zr и a-Zr, а также диффузионный механизм взаимного перемещения кристаллитов по межфазным границам, активизирующийся в условиях протекания a«b фазовых превращений и лежащий в основе явления сверхпластичности. Вклад каждого из механизмов в формирование текстуры полуфабрикатов зависит от температурно-скоростного режима прессования.
Деформация образцов сопряжена с изменением и перераспределением температуры материала, что в случае его нахождения в (a+b)-области приводит к нарушению установившегося ранее фазового равновесия и активизации a«b фазовых превращений. В результате протекания фазовых превращений в материале возникают мелкодисперсные кристаллиты, не принимающие участия в кристаллографически регламентированной деформации и в текстурообразовании. Если режим сжатия благоприятствует активизации диффузионного механизма деформации (не слишком высокая температура, при которой образующиеся частицы новой фазы остаются неустойчивыми, и достаточно медленная скорость деформации, сопоставимая со скоростью диффузии), происходит взаимное перемещение этих кристаллитов по межфазным границам при их случайной переориентации. Поэтому, чем больший объем деформируемого материала приходится на фракцию, охваченную фазовыми превращениями, тем слабее его текстура. На основании количественной оценки объемной доли бестекстурной фракции в полученных образцах, выявлены режимы, при которых вклад диффузионного механизма в деформацию материала максимален. При этих режимах сжатия деформация осуществляется с наименьшими энергозатратами, а получаемые полуфабрикаты обладают минимальными анизотропией и неоднородностью субструктуры.
