Файл: Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов.pdf

Одинаковый характер зависимости імежду темпера­ турой вязко-хрупкого перехода и размером зерна для плавок вольфрама е разным 'содержанием .примесей по­ зволил сделать вывод, что в вольфраме промышленной чистоты изменение размера зерна 'больше влияет на Гхр, чем колебания в содержании .примесей при переходе от плавки ік плавке.

Имеются сведения, что связь между температурой перехода и размером зерна носит 'более сложный кар ак­ тер. Так, в работе [47] отмечается, что температура пе­ рехода молибдена при одном и том же .размере зерна зависит от того, каким образом это зерно было получе­ но. Температура перехода крупнозернистого молибдена с размером зерна 0,6—1,0 мм, полученного в результате высокотемпературного отжига при 2300О|С, оказывается примерно на 50 град выше, чем у молибдена с размером зерна 25 м.км. Если же крупное зерно было получено в результате деформации на критическую степень с после­ дующей рекристаллизацией, то температура перехода такого крупнозернистого молибдена была на 30 -град ниже, чем у мелкозернистого. Такой эффект можетбыть связан с различным перераспределением примесей внед­ рения при разных термических обработках.

■Прочность границ зерна можно .повысить, переводя примеси внедрения, располагающиеся по границам зерен в виде выделений вторых фаз или сегрегаций, в твердый раствор. При этом несколько снижается Гхр. Если об­ разцы молибдена после рекристаллизации при 1400°С закаливали в воде, то температура их перехода понижа­ лась примерно на 30 град по сравнению с медленно ох­ лажденными образцами (рис. 42) [47]. О положитель­ ном влиянии закалки после нагрева до 2000°С на низко­ температурную пластичность молибдена сообщалось и ранее Опейсилом и Вульфом.

Низкотемпературная пластичность поликристаллических образцов тугоплавких металлов может быть повы­ шена небольшой предварительной пластической дефор­ мацией их в .пластичной области (выше Тхр) несколько выше верхнего предела текучести. Температура хрупко­ сти ?хр образцов молибдена, слепка деформированный после рекристаллизации при испытании на изгиб, по сравнению с рѳкристаллизованіными образцами на 20— 30 град ниже (см. рис .42). Это используется на практи­

98

ке для повышения «лзкотемлературной /пластичности ли­ стов тугоплавких металлов [47].

Хорошо известно, что теплой и холодной деформаци­ ей можно существенно понизить температуру хрупко­ вязкого перехода молибдена и вольфрама. На рис. 43 [52] приведена зависимость температуры перехода в хрупкое состояние листовых образцов толщиной 1 імм

металлокерамического молибдена в зависимости от сте­ пени холодной деформации. При обжатии около 90% температура перехода снижается до —2О0°С, в то время как при обжатии 20% температура Тхр находится около 0°С. Особенно 'Сильное падение Тхр наблюдается при об­ жатиях более 65 % •

Снижение температуры переходав результате дефор­ мации О.Ц.ІК. металлов можно объяшить следующим об­ разом. Холодная пластическая деформация 'приводит к появлению высокой плотности новых незаблокированных примесяіми подвижных дислокаций, что создает ус­ ловия, обеспечивающие повышенную пластичность ма­ териала и затрудняющие /возникновение хрупких трещин вплоть до сравнительно низких температур [52].

ß . И. Трефилов указывает, что интенсивное развитие четкой ячеистой 'Структуры при деформации, эквива­ лентное существенному уменьшению эффективного раз-

мера зерна, ведет .к уменьшению эффективной длины плоскости скольжения. Это сопровождается 'Снижением температуры перехода в хрупкое состояние.

Рядом исследований [37, 58, 59, 57, 60] убедительно показано, что ячеистая структура, возникающая при де­ формации о. ц. к. металлов, в интервале температур 0,2 Тпл< Тдеф< Трекр определяет такие структурно чувст­ вительные характеристики, как температура хладнолом­ кости и предел текучести. Ячейки в деформированной структуре, имеющие размер порядка 1 ммм, разориѳнтироваиы на угол более 0,17 рад (10 град.). Так, ів молиб­ дене при обжатии 77% 'максимальная разориентациядо­ стигла 0,425 рад (25 град.). Граница ячеек со столь большими разорнентиров'ками с точки зрения влияния на характер разрушения аналогична ньгоожоуглоівой гра­ нице зерна и выполняет ее функции. Возникновение при деформации ячеистой структуры с разориентировкой выше «критической» [57] эквивалентно получению структуры е очень малым эффективным размером зерна, близким к размеру ячеек. На рис. 41 на одну прямую хорошо укладываются значения температуры перехода в зависимости от размера зерна и от размера ячеек.

На рис. 44 [58] приведена зависимость температуры хладноломкости, размера ячеек и угла разориентировки ячеек от степени деформации прокаткой ври 700°С мо­ либдена дуговой вакуумной плавки. При такой темпе­ ратуре прокатки ячейки практически были свободны от дислокаций. По .мере увеличения степени деформации размер ячеек монотонно снижается, а угол разориенти­ ровки между ними растет. Такое изменение структуры ведет к снижению ТхР от значения +40°С до —40°С.

Резкое измельчение зерна может приводить к измене­ нию механизма разрушения. Как отмечено [60], при внутрикристаллитном разрушении истинное разрушаю­ щее напряжение а Внст связано с размерам зерна d соот­

зерна истинное разрушающее напряжение при межкри­ сталлитное! разрушении растет более быстро, чем при внутрикристаллитном, и может его .превзойти. Это мо­ жет привести к смене межкристаллитного разрушения на внутрикристаллитное, так как напряжение для раз­

100

рушения ло mpал щам оказалось выше, чем для разрушения ло зерну. Это приводит в свою очередь -к скачкообразному снижению Тхр. Действительно, в мо­ либденовых сплавах Мо—С—Ті с 0,065%С наблюдает­ ся 'Сильно развитая фрагментация. Субзерна при этом эквивалентны зернам, так как их іразориентировка весьма велика. Такое измельчение «зерен» приводит ік внутрикр истадлинному разрушению и повышению пла­ стичности сплава, в то время как подобный сплав, если в нем нет фрагментации, более хрупок и разрушается межкристаллитно [60].

Загрязнение о.цж. металлов примесями внедрения существенно затрудняет формирование ячеистой струк­ туры, способствующей повышению низкотемпературной пластичности. В этом случае температура деформации, при которой возникает ячеистая структура, возрастает. При шльнам же загрязнении такая 'Структура при де­ формации не возникает при любых температурах ниже температуры рекристаллизации [61]. Обработка гидро­ экструзией способствует развитию однородной мелкой ячеистой структуры, в частности в вольфраме и молиб­ дене уже при комнатных температурах [62]. Этим так­ же, по-видимому, объясняется высокая пластичность ме­ таллов VI группы после деформации гидроэкструзией.

Возникновение ячеистой структуры при деформации резко повышает эффективную площадь поверхности границ зерен, что ведет к снижению удельного количе­ ства выделений или сегрегаций примесей внедрения по границам « также способствует снижению низкотемпе­ ратурной хрупкости.

Известно, что прокатанные образцы тугоплавких о.ц.к. металлов оібладают значительной анизотропией механических свойств, в том числе и ТхР.

Так, температура перехода при испытании на изгиб образцов, вырезанных из листов вольфрама вдоль на­ правления прокатки, составляет 'Ю6°С, а у поперечных образцов 173°С [40, с. 68—Т12].

На рис. 45 [109] показано влияние температуры про­ катки на температуру хладноломкости образцов молиб­ дена вакуумной дуговой плавки, содержащего 0,5% Ті и <0,07% С. Снижениетемпературы прокатки ниже 900— 1000°С приводит к появлению резкой анизотропии Тхр, обнаруженной при испытании на изгиб. Для продольных

101

образцов. Такая разница в температуре перехода связа­ на с возникновением анизотропии дислокационной структуры при снижении температуры прокатки. Ячей­ ки оказываются резко анизотропными •— они вытянуты в направлении прокатки и утоняются в направлении, перпендикулярном .плоскости прокатки. С понижением температуры прокатки резко возрастают внутренние на-

Рис. 45. Влияние темпе­

пряжения, что повышает склонность металла к расслоению. Она сильнее проявляется при испы­ тании поперечных образцов, чем продольных. Отмечают также еще две причины, ответственные за возникновение анизотропии механических свойств в деформированном молибдене [63]. Во-первых, вытянутость зерен вдоль направления прокатки может облегчить межкристаллит­ ное разрушение при испытании поперечных образцов. Во-вторых, возникающая в процессе деформации или даже последующей рекристаллизации текстура, основ­ ной компонентой которой является система (001) [110], отвечает ориентировке монокристаллов с макси­ мальной низкотемпературной пластичностью [64]. Повидимому, возникновение такой текстуры в направлении прокатки приводит к более высокой пластичности про­ дольных образцов по сравнению с поперечными.

О существенном влиянии текстуры на пластичность свидетельствует большая низкотемпературная пластич­ ность (ТхР<77К ), наблюдаемая у прокатанного на 70%

102

'видели раньше, сохранил фактически імонокірметалличе­

ликристалла без четкой текстуры. Такой поликристалл оказался хрупким при комнатной температуре.

Повышенной пластичностью отличается также про­ волока, полученная при волочении .монокристалла мо­ либдена вдоль оси <і100>. Возникающая .после дефор­ мации до 50% структура не ведет к образованию поли­ кристалла с высокоугловыми границами при последую­ щем отжиге вплоть до 2200°С. Разупрочнение при от­ жиге происходит в такой структуре без образования высокоугловых границ и обычного при отжиге молибде­ на охрупчивания. Такая проволока (толщиной ,3 мм) остается пластичной при испытании ів жидком азоте, что характерно для 'чистых монокристаллов. Если волоче­ ние проведено с суммарным обжатием 90%, то после­ дующий высокотемпературный отжит при 1800—2000°С приводит к рекристаллизации. Возникающие зерна раз­ делены .границами с преимущественной компонентой кручения с разориентировкой до 0,425 рад (25 град.). Это ,приводит к повышению Тхр при,мерно до 120°К- В то ■же время известно, что пластичность .молибденовых про­ волок, полученных из .монокристаллов с использованием обычных приемов обработки без соблюдения специаль­ ных условий, существенно снижается Уже при отжиге

800°С [138].

Низкие значения Тхр, полученные в .результате теп* лой и холодной обработки тугоплавких о.щ.к. металлов, быстро растут при разупрочнении, .сопровождающем возврат и рекристаллизацию. На рис. 46 [52] показано (влияние термической обработки на температуру перехо­ да деформированного листового молибдена. Использо­ ваны образцы, полученные прокаткой заготовок молиб­ дена электроннолучевой зонной плавки и спеченных, заготовок изготовленных металлокерамическим ме­ тодом. Деформированные образцы отжигали в водороде .1 ч при разных температурах в интервале от 500 до 1750°С. Для обеих партий молибдена, начиная примерно с 700°С, наблюдается охрупчивание образцов.

103