Анотація до роботи:

Коваль О.Ю. Вплив структури та температури на в’язкість та механізми руйнування молібдену. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2009.

Робота присвячена вивченню закономірностей впливу параметрів структури сплавів молібдену на в'язкість руйнування в широкому інтервалі температур з урахуванням мікромеханізмів руйнування. Об’єктом дослідження були сплави молібдену різної чистоти (ЦМ-10, МТ, МЧВП), що зумовило різну схильність до переважно транскристалітного (ЦМ-10), інтеркристалітного (МТ) та в’язкого (МЧВП) руйнування. Для цих сплавів досліджено вплив температури та розміру зерен на механічні властивості та мікромеханізми руйнування.

Знайдено, що у інтервалі температур 77-573 К сплав ЦМ-10 руйнується відколом та відколом з релаксацією і має немонотонну залежність величини тріщиностійкості від температури. Показано, що залежно від співвідношення c/ (c- довжина тріщини у вершині надрізу, - радіус скруглення вершини надрізу) змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням величини тріщиностійкості, а потім відзначається її ріст у зв'язку із триваючим зниженням границі плинності. Величина енергії активації процесу, що контролює температурну залежність тріщиностійкості, відповідає енергії активації руху дислокацій, визначеною по температурній залежності границі плинності відповідно до підходу В.І.Трефілова та Ю.В.Мільмана. Виявлено, що для сплаву ЦМ-10 залежність величини тріщиностійкості від розміру зерна з підвищенням температури випробувань не монотонна.

На відміну від сплаву ЦМ-10, сплав МТ в усьому дослідженому інтервалі температур руйнуються крихко міжзеренно, при цьому залежність тріщиностійкості від температури і розміру зерна має монотонний характер. В сплаві молібдену високої чистоти МЧВП при кімнатній температурі випробувань в залежності від розміру зерна встановлено всі можливі механізми руйнування, до яких схильні ОЦК-метали. При великих розмірах зерен спостерігається крихкий міжзерений механізм руйнування, далі зі зменшенням розміру зерна спостерігається відкол, а потім - в’язке ямкове руйнування.

Для підвищення механічних властивостей сплавів молібдену на прикладі сплавів Мо+4%Rе та малолегованого молібдену запропонована релаксаційна обробка зразків, яка дозволяє майже у два рази підвищити тріщиностійкість матеріалу.

В широкому діапазоні температур проаналізовано залежність від температури добутку К_1сs_T. Встановлено, що у випадку транскристалітного та інтеркристалітного руйнування цей вираз є константою, причому (К_1сs_T )_транс> (К_1сs_T)_інтер, а при руйнуванні з участю розшарування ця сталість порушується.

1. Встановлено (на прикладі сплаву молібдену ЦМ-10 з розміром зерна 300-400 мкм), що при транскристалітному руйнуванні температурна залежність тріщиностійкості при переході з крихкого стану до пластичного має немонотонний характер і складається з двох ділянок: 1 - без субкритичного підростання; 2 - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом.

2. Проведеними розрахунками показано, що залежно від співвідношення c/ ( c- довжина тріщини у вершині надрізу, - радіус скругления вершини) змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури.

Встановлена різка ( S- подібна) зміна концентрації напруг в вершині тріщини при c/1. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням тріщиностійкості, а потім відмічається її ріст, обумовлений триваючим зниженням границі плинності.

3. Визначено, що величина енергії активації процесу, що контролює температурну залежність тріщиностійкості, відповідає величині енергії активації руху дислокацій, оцінка якої проведена по температурній залежності границі плинності відповідно до підходу В.І.Трефілова та Ю.В.Мільмана.

4. Виявлено посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна при підвищенні температури. Це зумовлено залежністю величини співвідношення розмірів пластичної зони в вершині тріщини r_y і зерна d від температури. При низьких температурах (r_y/d<1) тріщиностійкість слабко залежить від розміру зерна. Різке посилення залежності тріщиностійкості від розміру зерна спостерігається при r_y/ d1.

5. Показано, що при інтеркристалітному характері руйнування, на відміну від транскристалітного, у вивченому діапазоні розмірів зерен і температур залежність тріщиностійкості сплаву МТ від розміру зерна відповідає вигляду рівняння Холла-Петча. Це обумовлено тим, що розмір пластичної зони істотно менше розміру зерна та ефект «торкання» пластичної зони границі зерна не має місця.

6. Зменшення розміру пластичної зони зумовлено зниженням дійсної поверхневої енергії руйнування при переході від транскристалітного руйнування до інтеркристалітного та, відповідно, рівня максимально можливих напруг у вершині тріщини.

7. Вперше встановлено, що в полікристалічному молібдені високої чистоти при кімнатній температурі зі зменшенням розміру зерна відбувається зміна механізмів руйнування послідовно від крихкого міжзеренного до руйнування транскристалітним відколом і далі до в’язкого ямкового. Таким чином встановлено, що зменшення розміру зерна приводить не тільки до зменшення нижньої температурної границі інтервалу крихко-в’язкого переходу, але й знижує верхню межу інтервалу холодноламкості.

8. Для підвищення механічних властивостей молібдену з концентраторами напруг (наведеними гострими тріщинами, внутрішніми дефектами матеріалу та ін.) запропонована релаксаційна обробка зразків (контрольоване навантаження при температурах вище 100 ^oС до початку пластичної течії).

9. Встановлено, що в широкому діапазоні температур добуток К_1сs_T є константою як для транскристалітного, так і для інтеркристалітного руйнування, причому (К_1сs_T )_транс> (К_1сs_T)_інтер . К_1сs_T є константою тільки в області низьких температур, а при підвищенні температури випробування та появі тріщин розшарування має місце різке підвищення тріщиностійкості по механізму Гордона-Кука і добуток у вивченому діапазоні температур К_1сs_T також зростає.

Результати дисертації опубліковано в роботах:

1. Баньковский О.И. Трещиностойкость молибденового листа при переходе из хрупкого состояния в пластичное / О.И. Баньковский, А.Д.Васильев, А.Ю. Коваль [и др.] // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1989. - С. 52-58.

2. Коваль А.Ю. Вязко-хрупкий переход в крупнозернистых сплавах Mo+4%Re и МЧВП / А.Ю Коваль., А.Н. Щербань., В.Ф., Моисеев [и др.] // Электронная микроскопия и прочность материалов. - Киев, 1989. - С. 58-68.

3. Коваль А.Ю. Температурная зависимость разрушающего напряжения в области хрупкого разрушения / А.Ю. Коваль, А.Н. Щербань., В.Ф. Моисеев [и др.] // Пробл. прочности. – 1991. - № 11. – С. 57-62.

4. Горная И.Д. Повышение пластичности молибдена за счет релаксации при разгрузке и повторной деформации / И.Д. Горная, А.Ю. Коваль, В.Ф. Моисеев // Электронная микроскопия и прочность материалов. – Киев, 1994. - С. 70-78.

5. Коваль А.Ю. Влияние релаксационной обработки на разрушение молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук // Пробл. прочности. – 1995. - №7. – С. 73-80.

6. Коваль А.Ю. Трещиностойкость предварительно деформированного молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук [и др.] // Металлофизика и новейшие технологии. – 1995. – Т.17, № 7. – С. 72-80.

7. Koval A.Yu. Fracture toughness of molybdenum sheet under brittle-ductile transition / A.Yu. Koval, A D. Vasilev, S.A Firstov // Int. j. of refractory metals & hard materials. – 1997. – Vol. 15. – P. 223-226.

8. Koval A.Yu. Cleavage: mechanism, nucleation and fracture toughness / A.Yu. Koval, A D. Vasilev, S.A Firstov // Recent advances in fracture. The minerals, metals & materials. – 1997. – P. 312-326.

9. Коваль А.Ю. Влияние наружных концентраторов напряжения на трещиностойкость молибдена / А.Ю. Коваль, Э.П. Печковский, Е.П. Полищук и др.] // Металлофизика и нов. технологии. – 1998. – Т. 20, № 6. – С. 74-80.

10. Коваль А.Ю. Структурная чувствительность вязко-хрупкого перехода в ОЦК-металлах / Коваль А.Ю., Вербило Д.Г., Подрезов Ю.Н.- К. ИПМ, 1998. – 36 с. – ( Препринт / НАН Украины, Ин-т пробл. матеріал.; 98-7)

11. Коваль А.Ю. Влияние длины и остроты концентраторов напряжения на трещиностойкость молибдена / А.Ю. Коваль, С.А.Фирстов // Электроннаямикроскопия и прочность материалов. – 2006. – Вып. 13.- С. 177-182.