Кинетика старения медно-бериллиевых сплавов в постоянном магнитном поле (стр. 5 )

Качественные теоретические представления о механизмах влияния постоянного магнитного поля на кинетику старения медно-бериллиевых сплавов.

Полученные экспериментальные факты убедительно показывают, что механизмы влияния ПМП на МПЭ и кинетику старения медно-бериллиевых сплавах определяются спецификой элементарных процессов роста атомных комплексов, кластеров и фаз в ПМП и их взаимодействием с дислокациями. Причем магниточувствительными объектами, которые реагируют на модуляцию ПМП процесса старения в изученных медно-бериллиевых сплавах, являются атомные образования размером ~1 нм. Предложены модели структуры таких магниточувствительных объектов, которыми могут быть комплексы двух, трех и более примесных атомов, наноразмерые кластеры и фазы, а также примесные атмосферы на дислокациях и дефектах упаковки с указанным выше характерным размером. 

Совокупный анализ полученных данных, существующих представлений о механизмах МПЭ в легированных примесями немагнитных кристаллах [1-5] и данных о влиянии ПМП на диффузионные процессы в ферромагнитных материалах, позволяют предложить несколько возможных механизмов возникновения МПЭ в медно-бериллиевых сплавах. В основе данных механизмов лежит предположение о наличии магнитного момента различной величины у дефектов кристаллической решетки, что подтверждается многими прямыми и косвенными данными разных авторов. Наличие магнитного момента приводит к тому, что в магнитном поле изменяется как собственная энергия дефекта, так и эффективность взаимодействия дефекта со стопорами различного типа, что, собственно, и приводит к появлению МПЭ. На основе экспериментальных данных настоящей работы и данных [6,7] произведены оценки магнитных моментов дислокации и парных атомных комплексов различного типа в предположении доминирования одного типа дефектов, а также их количества в зависимости от исходной концентрации бериллия. Результаты оценок качественно объясняют наблюдаемые закономерности в изменении свойств и характеристик сплавов (микротвердость, микроструктура, параметры тонкой структуры, трансмиссия и т. д.) в зависимости от исходной концентрации бериллия. Выполнен анализ возможного влияния ПМП на процесс образования и роста атомных комплексов, как в объеме, так и в границах зерен. Показано, что сегрегация примеси на границах зерен в ПМП также может оказать влияние на МПЭ.

При старении медно-бериллиевых сплавов идет активный процесс роста фазовых выделений, которые являются стопорами для движущихся дислокаций. Магнитное поле управляет эволюцией стопоров и приводит к росту фазовых выделений другого структурно-энергетического состояния тем самым, меняя функцию распределения фазовых выделений по размерам. В то же время от размера стопора зависит эффективность его взаимодействия с дислокациями, что приводит к изменению пластических свойств диамагнитных твердых тел под действием ПМП.

Процесс открепления-закрепления дислокаций от стопоров также может зависеть от внешнего магнитного поля. Присутствие магнитного поля способно спин-селективно [5] переключать элементарные механизмы взаимодействия дислокаций со стопорами, создавая предпосылки либо к закреплению, либо к отрыву дислокаций в зависимости от их энергетического состояния. Движущиеся дислокации способны выходить на поверхность, аннигилировать, образовывать межфазные границы. Изменение дислокационной структуры матрицы при старении в ПМП оказывает влияние на протекание диффузионно-контролируемых процессов старения, приводя к релаксации внутренних напряжений и изменению физико-механических свойств медно-бериллиевых сплавов.

В заключении приводятся основные результаты и краткие выводы диссертационной работы.

Основные результаты и краткие выводы:

Обоснован состав, технические условия выплавки и подготовлены пять модельных медно-бериллиевых сплавов заданного состава с содержанием бериллия 0.5, 1.0, 1.6, 2.7, 3.0, вес. % Be и ферромагнитных примесей не более 0.035 вес. %. Впервые установлен МПЭ при старении медно-бериллиевых сплавов различного состава в ПМП, величина которого достигает 15 % в зависимости от исходной концентрации бериллия и времени старения. Выполнено комплексное экспериментальное исследование влияния ПМП напряженностью 7 кЭ на кинетику старения и МПЭ в медно-бериллиевых сплавах во временном интервале от 0.17 до 2 ч при температуре старения 300 єС. Установлено, что исходная концентрация бериллия в стареющих медно-бериллиевых сплавах оказывает существенное влияние на их структуру и свойства: с ростом концентрации бериллия размер зерна уменьшается в 3 раза, микротвердость сплавов увеличивается до 3.5 раз и изменяется химический и фазовый состав. По данным рентгеноструктурного анализа установлено, что наложение ПМП оказывает значительное воздействие на параметры тонкой структуры медно-бериллиевых сплавов, приводя к увеличению среднего размера блоков когерентного рассеяния, уменьшению относительной микродеформации и плотности дислокаций. Это свидетельствует об интенсивных процессах перестройки и формирования более совершенной и однородной структуры, а также об уменьшении искажений и внутренних напряжений кристаллической решётки сплавов при эволюции фазового состава в процессе старения в ПМП. Результаты рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии показали, что с увеличением времени старения растет количество фазы г-CuBe, формируется её кристаллическая решетка и теряется когерентная связь с остаточной матрицей. Наложение ПМП на те же режимы термической обработки приводит к активизации процесса старения сплава, что выражается в более интенсивном процессе формирования новой фазы. Впервые методом малоуглового рассеяния нейтронов установлено, что магниточувствительными объектами, которые реагируют на модуляцию ПМП процесса старения, являются кластеры размером ~1 нм. Полученные экспериментальные факты убедительно показывают, что механизмы влияния ПМП на МПЭ и кинетику старения медно-бериллиевых сплавах определяются спецификой элементарных процессов роста атомных комплексов, кластеров и фаз в ПМП и их взаимодействием с дислокациями. Совокупный анализ всех полученных экспериментальных данных, таких как размер зерна, МПЭ, относительные микроискажения, средний размер блоков когерентного рассеяния, фазовый состав позволяет рекомендовать для практического использования следующий состав и режим термомагнитной обработки: сплав – Cu-2.7 вес.% Ве, температура – 300 °С, напряженность ПМП – 557.2 кА/м (7.0 кЭ), время старения – 0.5-1 ч.

Список использованных источников

1. , , Колдаева эффект: основные свойства и физические механизмы // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 5. С. 838-867.

2. Головин твердых тел // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. Вып. 5. С. 769-803.

3. Моргунов микромеханика в физике пластичности // Успехи физических наук. 2004. Т. 174. № 2. С. 131-153.

4. , Феклин эффекты в немагнитных кристаллах в магнитном поле. // Физика твердого тела. 2006. Т. 48. Вып. 9. С. 1614-1616.

5. , Бучаченко и магнитная память в диамагнитных твердых телах // Журнал экспериментальной и теоретической физики физики. 2009. Т. 136. Вып. 3(9). С. 505-515.

6. Osinskaya J. V., Pokoev A. V., Perov N. S. The Magneto-Plastic Effect at Beryllium Bronze after Aging in the Constant Magnetic Field // Defect and Diffusion Forum. 2006. 249. pp. 111-114.

7. , Покоев бериллиевой бронзы при старении в постоянном магнитном поле // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 3. С. 12-17.

8. Runov V. V., Pokoev A. V., Runova M. K., Smirnov O. P. The influence of magnetic field on phase nucleation in Cu-Be alloy // J. Phys.: Condens. Matter. 2008. 20. 104226 (4pp).

9. , , Рунов методом малоуглового рассеяния нейтронов магнитопластического эффекта в бериллиевой бронзе при старении в магнитных полях // Физика твердого тела. 2010. Т. 52. Вып. 3. С. 486-488.

10. томные переключатели для наноэлектроники // Перспективные технологии. 2005. Т. 12. Вып. 3. С. 1-3.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Материалы, опубликованные в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, утвержденных ВАК РФ

, , Покоев частоты импульсного магнитного поля, температуры и времени старения на магнитопластический эффект в бериллиевой бронзе БрБ-2 // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, Т. 11, № 5, 2009. С. 56-63. , , Рунов методом малоуглового рассеяния нейтронов магнитопластического эффекта в бериллиевой бронзе при старении в магнитных полях // Физика твердого тела, Т. 52, № 3.- 2010. С. 486-488. Osinskaya Yu. V., Petrov S. S., Pokoev A. V., Runov V. V. Small-Angle Neutron Scattering Study of the Magnetoplastic Effect in the Beryllium Bronze Aged in Magnetic Fiеlds // ISSN 1063-7834, Physics of Sold State, Pleiades Publishing, Ltd., Vol. 52, No. 3, 2010. Р. 523-526. , , Покоев состава и времени старения на микроструктуру и свойства медно-бериллиевых сплавов // Вестник ТГУ. Т.15. Вып. 3. 2010. С. 1242-1243. , , Покоев экспериментальное исследование магнитопластического эффекта в медно-бериллиевом сплаве // Вестник СамГУ. 2010. № 4(78). С. 145-154.

Материалы, опубликованные в других изданиях:

, , Покоев эффект при старении бериллиевой бронзы в импульсном магнитном поле // IV Международная школа-конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», г. Тамбов, 24-30 июня 2007. С. 206-215. , , К вопросу о механизмах магнитопластического эффекта в бериллиевой бронзе по данным нейтронного рассеяния // «XX Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния»: программа и  тезисы докладов, РНИКС-2008, г. Гатчина, 13 - 19 октября, 2008 г. С. 168. , , О возможной структуре рассеивающих кластеров, образующихся при старении бериллиевой бронзы БрБ-2 в магнитных полях, по данным малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов // XLIII Зимняя Школа ПИЯФ Секция Физики Конденсированного Состояния, программа, тезисы и список участников, Репино, 12-18 марта 2009 г. С. 52. , , Якушкина концентрации бериллия на структурно-механические свойства сплавов Cu-Be при старении в постоянном магнитном поле // XVII Международная конференция «Физика прочности и пластичности материалов» Сборник тезисов, г. Самара, 23-25 июня 2009 г. С. 29. , , Покоев постоянного магнитного поля на кинетику старения медно-бериллиевых сплавов // Сборник трудов «Актуальные проблемы прочности» «XLVIII Международная конференция, посвященная памяти », г. Тольятти, 15-18 сентября, 2009 г. С. 188 - 189. , , О механизмах магнитопластического эффекта в бериллиевой бронзе по данным нейтронного рассеяния // «Современная химическая физика»: тезисы докл. XXI Симпозиума, г. Туапсе, 2 сентября - 6 октября, 2009. С. 225. , , Покоев старения медно-бериллиевых сплавов // Тезисы докладов, Первые Московские чтения по проблемам прочности и пластичности, посвященные 85-летию со дня рождения профессора и 90-летию со дня рождения профессора , г. Москва, 1 - 3 декабря, 2009 г. С. 131. , , Покоев концентрационных зависимостей параметров магнитопластического эффекта и данных SANS в сплавах Cu-Be // XLIV Зимняя Школа ПИЯФ Секция Физики Конденсированного Состояния, программа, тезисы и список участников, Рощино, 15-21 марта 2010 г. С. 75. Osinskaya Yu. V., Petrov S. S., A. V. Pokoev, A. S. Hramkov Concentration Dependence of Magnetoplastic parameters during Ageing of Cu-Be-alloys // International workshop «Grain boundary diffusion, stresses and segregation» MISiS, Moscow, 1-4 June 2010, pp. 55. , , Покоев зависимость магнитопластического эффекта в стареющих Cu-Be сплавах // Шестая международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов» посвященная памяти академика Черноголовка 16-19 ноября 2010 г. С. 30. , , МУР и трансмиссия нейтронов Cu-Be сплавов с различной концентрацией Be, стареющих в постоянном магнитном поле // XLV Зимняя Школа ПИЯФ Секция Физики Конденсированного Состояния, программа, тезисы и список участников, Гатчина, 14-19 марта 2011 г. С. 42.

Разрешено к печати диссертационным советом Д 212.217.01

Протокол №5 от 01.01.2001 г.

Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная.

Объем 1,25 п. л. Тираж 100 экз. Заказ №_____

443011

Отпечатано УОП СамГУ