Файл: Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия.pdf

риллия на величину б начинали влиять как размеры зерен, так и их ориентация. Влияние указанных факторов на величину б

5.2.1. Примеси и хладноломкость бериллия. Вопрос о влия­ нии примесей на хладноломкость бериллия давно привлекал внимание исследователей. Еще Розенгайм высказал предполо­ жение, что хрупкость иголок и чешуек электролитического бе­ риллия связана с примесями. Позднее Сломен [95] на основа­ нии ограниченного количества экспериментальных данных заключил, что хрупкость бериллия при комнатной температуре определяется примесью кислорода. В дальнейшем эта точка зрения высказывалась неоднократно, хотя в большинстве слу­ чаев она обосновывалась не прямыми экспериментальными данными, а результатами сравнительного анализа пластической деформации бериллия и других металлов с г.п.у.-структурой. Эллис, например, предположил [96], что хрупкость бериллия по аналогии с титаном и цирконием связана с внедренными при­ месными атомами. Пратт и др. [97] считали, что влияние при­ месей усиливается в связи с неоднородным их распределением

вметалле. Это предположение до сих пор привлекает внимание,

всвязи с тем что некоторые элементы действительно неоднород­ но распределяются в кристаллах бериллия в виде дисперсных

выделений вторичных фаз, выпадающих из пересыщенного твердого раствора (например, интерметаллиды железа [98]) . Кроме того, в поликристаллическом бериллии примеси концен­ трируются по границам зерен и субзерен.

С другой стороны, отсутствие прямых экспериментальных доказательств связи хладноломкости бериллия с примесями привело к выводу о том, что хрупкость — природное свойство этого металла. Эта точка зрения подробно обсуждалась ранее.

Конрад и Перлмюттер [14], а также Мак-Лин [99] на осно­ вании анализа результатов исследований механизма деформа­ ции и разрушения бериллия пришли к выводу, что поскольку порог хладноломкости металла определяется пирамидальным скольжением, которое не реализуется при температурах ниже 200° С, то хрупкость также не зависит от содержания примесей.

Рассмотрим вначале результаты экспериментальных иссле­ дований влияния примесей на температурный порог хладно­ ломкости Г* и на величину деформации до разрушения (главным •образом при растяжении) при температурах Г^7\-. Итон и др. [100] установили, что относительное удлинение при растяже­ нии листов из слитков бериллия дуговой плавки, обладавшего

ной зависимости относительного удлинения, также зависит от содержания в бериллии примесей. Загрязнение электролитиче­ ского металла при повторном цикле переплавки и экструзии (главным образом примесями Fe и А1) приводит к повышению

ного призматического скольжения, характер которого, как ука­

примесей на пластические характеристики бериллия при ком­ натной температуре. В работе [26] подробно исследовались механические свойства листов, полученных прокаткой слитков

ские свойства бериллия, полученного металлокерамическим ме­ тодом с последующим выдавливанием. Чистота металла изме­ нялась в пределах от 99,9 до 99,95% (при помоле и спекании порошков металл дополнительно загрязнялся кислородом, содер­ жание которого в приведенных цифрах не учтено). Образцы максимально чистого дважды дистиллированного металла из­

По данным Банши [102], деформация при изгибе листов крупнозернистого (dm\00 мкм) бериллия чистотой 99,99%, по­ лученного дистилляцией и прокаткой, превышает 4 , 1 % , тогда как листы прокатанного металла чистотой 98% с размером зе­ рен 30 мкм, полученные прокаткой в двух направлениях в тех же условиях, деформируются лишь на 1,15%.

Влияние примесей на механические свойства бериллия ис­ следовал Кук и др. [103]. Образцы были получены прокаткой металлокерамических заготовок бериллия двух сортов: SR-Пе- шине 0~99,95% Be) и технического металла сорта S-200 (98—99% Be). Температурный порог хладноломкости, опреде­ ленный по результатам испытаний на трехточечный изгиб, для

деформацию до разрушения при комнатной температуре, и осо­ бенно при температурах выше 7"х. Текстура листов не оказы­ вала существенного влияния на величину 7\-. С другой стороны, величина деформации при растяжении этих листов была при­ мерно одинаковой. Следует отметить, что в ряде других иссле­ дований существенного влияния примесей на относительное удлинение при растяжении листов пли прутков бериллия в об-

ласти температур ниже Гх также не было обнаружено [12, 14, 104].

Напряжения течения текстурированного бериллия опреде­ ляются призматическим скольжением, а его разрушение проис­

мой деформацией слитков, напряжения течения определяются базисным скольжением, а разрушение происходит преимуще­

трещин в базисной плоскости, можно ожидать их влияния и на

нием порошка крупностью —56 мкм, исследовались Л. А. Ижвановым с сотр. [18]. Изменение относительного остаточного электросопротивления в пределах 0,12—0,14 приводило к из­ менению удлинения при 20°С от 6 до 3%- Так как количество

с повышением концентрации примесей металлических эле­ ментов.

Бпвер и Лимпани [23] исследовали влияние примесей па механические свойства бериллия, полученного горячим прессо­ ванием порошков с размером частиц от —15 до + 1 мкм. В ка­ честве исходного металла они использовали магниетермическин, электролитический и зонноплавленый бериллий. В отличие от прежних результатов своих работ авторы [23] нашли, что повышение чистоты металла приводит к увеличению его отно­ сительного удлинения при 20°С от 4,5 до 6%.

Несмотря на существенные расхождения, экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что при концентрации при­

в металле с изотропной структурой это влияние проявляется сильнее, чем в текстурированном. Что же касается зависимости температуры хладноломкости Тх от концентрации примесей, то здесь результаты экспериментальных исследований менее опре­

оказывать сильное влияние на характеристики призматического и пирамидального скольжения. Однако в гл. 1 отмечалось, что характеристики этих двух видов деформации слабо зависят от содержания примесей.

Рафинирование может приводить к реализации в бериллии других видов деформации (например, двойникования в микро­ объемах, как это предполагается в работе [102], или микросбросообразовання, обнаруженного при деформации бериллия технической чистоты в условиях сверхвысоких давлений [105]).

Наконец, бесспорным, но еще недостаточно изученным меха­ низмом, приводящим к снижению пластичности бериллия, яв­

показано, что возникновение трещин при изгибе листов берил­

104, 108—111]. Что касается других металлов, то следует упо­

Однако попытки понизить или устранить склонность берил­ лия к хладноломкости путем легирования пока не дали поло­ жительных результатов. Это отчасти связано с тем обстоятель­ ством, что во многих экспериментальных работах положитель­ ное влияние легирующих элементов перекрывалось отрицатель­ ным воздействием примесей. Подавляющее большинство элементов периодической системы обладает крайне ограничен­ ной растворимостью либо совсем не растворяется в твердом бериллии и даже при их незначительном количестве присут­ ствует в металле в свободном состоянии пли в виде интерметаллидов [ 3 ] . Лишь медь и никель, а также (в меньшей сте­ пени) железо, серебро и кобальт обладают определенной растворимостью в твердом бериллии.

Сплавы бериллия типа твердых растворов создавались з надежде повысить величину с/а, тем самым изменить анизо­ тропию пластической деформации металла и понизить темпе­ ратуру активации пирамидального скольжения с вектором Бюргерса, не лежащим в базисной плоскости. Как и в случае

что такое легирование не влияет существенно на характери­ стики разрушения.

Исследование возможности повысить пластичность бериллия

зультатов [108—112J. Более того, легирование перечисленными

эффект может быть получен при сплавлении бериллия с неко­ торыми добавками, приводящими к перераспределению приме­ сей и изменению анизотропии механических свойств [115J. В этом случае количество легирующих элементов должно выби­ раться в соответствии с концентрацией примесей в исходном металле. Другая возможность понизить порог хладноломкости бериллия при легировании малорастворимыми элементами, об­ разующими бериллпды, может быть реализована в том случае, если легирующие элементы будут способствовать образованию и стабилизации ячеистой субструктуры при деформации и тер­ мообработке сплавов [ 6 ] .

Сплавы бериллия, содержащие включения пластичных фаз (например, А1, Ag, Sn и др.), удовлетворительно деформиру­ ются при низких температурах, причем величина их деформации до разрушения зависит от характера распределения, дисперс­ ности и плотности включений пластичной фазы. Повышение концентрации этих добавок способствует росту пластических характеристик сплава, по при этом теряются присущие берил­ лию положительные качества (высокие модуль упругости, удельная прочность, жаропрочность и т. д.). Сплавы Be—Аі в

ных сплавов или композиционных материалов с высоким сопро­ тивлением распространению трещин, которое достигается путем повышения дисперсности и однородности распределения вязкой