Влияние пластической деформации на амплитудную зависимость и механизм внутреннего трения сплава системы цинк-алюминий

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Timofeyeva E.E., Panchenko E.Yu., Chumlyakov Y.I., Ta-giltsev A.I. HIGH-TEMPERATURE SUPERELASTICITY IN [001]-ORIENTED FERROMAGNETIC NiFeGa SINGLE CRYSTALS

Stress-induced thermoelastic martensitic transformations in a wide range of temperatures for the [001]-oriented NiFeGa single crystals in compression are investigated. The conditions of the high-temperature super-elasticity development are determined.

Key words: thermoelastic martensitic transformations; high super-elasticity; single crystals.

УДК 539.67:669.55

ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА АМПЛИТУДНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ И МЕХАНИЗМ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ СПЛАВА СИСТЕМЫ ЦИНК-АЛЮМИНИЙ

© А.И. Скворцов, А.А. Скворцов

Ключевые слова: сплав 2п - 23 мас. % А1; амплитудная зависимость внутреннего трения; закалка; пластическая деформация кручением; механизм внутреннего трения.

Исследовано влияние пластической деформации на параметры амплитудной зависимости внутреннего трения сплава 2п - 23 % А1. Основные механизмы внутреннего трения в исследуемом сплаве связаны со структурными поверхностями раздела, увеличением доли диффузионной компоненты внутреннего трения.

Высокие демпфирующие, технологические свойства, включая сверхпластичность, являются причинами привлекательности сплавов на основе системы 7п-Л1 для исследований и практических разработок [1-5]. Несмотря на хорошую изученнность сплавов системы 7п-Л1 состава, близкого к монотектоидному, отсутствуют систематические исследования влияния пластической деформации при комнатной температуре на их свойства.

В работе [2] показано, что демпфирующую способность сплава 7п - 22 % Л1 - 0,3 % Си - 0,008 % М§ можно повысить прокаткой при комнатной температуре. Прирост характеристики Q-1 составил 35 % при степени пластической деформации 80 %.

Представляет интерес изучение влияния относительно небольшой степени пластической деформации кручением на характер амплитудной зависимости внутреннего трения монотектоидного сплава системы 7п-Л1. Причем для пластической деформации можно использовать саму установку внутреннего трения, представляющую собой крутильный маятник, имеющийся в ВятГУ. На основании полученных результатов можно будет судить о перспективах повышения демпфирующих свойств других сплавов этой системы за счет пластической деформации кручением.

Цель работы: исследование влияния пластической деформации при комнатной температуре на параметры и механизмы амплитудной зависимости внутреннего трения сплава 7п - 23 % Л1.

Сплав выплавляли в открытой тигельной печи. Состав сплава, мас. %: Л1 - 22,7; примесей - не более 0,15; 7п - остальное. Заготовки диаметром 19 мм и высотой 200 мм получали литьем в металлическую форму. Термическая обработка образцов заключалась в закалке от 370 °С в воде.

Амплитудную зависимость внутреннего трения определяли на крутильном маятнике ВятГУ при комнат-

ной температуре. В качестве характеристики внутреннего трения взят логарифмический декремент 5 = 1п(А/А,+1), где А - амплитуда крутильных колебаний.

Деформацию кручением осуществляли в крутильном маятнике. Дополнительно рабочая часть образца подвергалась статическим напряжениям сжатия величиной 0,81 МПа. Величина пластической циклической деформации кручением у = 9• 10-4 превышала деформацию уу, соответствующую пределу упругости при циклической деформации, в 1,5 раза.

Результаты исследований представлены на рис. 1.

20 -

Рис. 1. Амплитудная зависимость внутреннего трения сплава 2п - 23 % А1 после закалки от 370 °С в воде

Из рис. 1 видно, что пластическая деформация кручением существенно повышает уровень амплитудной зависимости внутреннего трения сплава 7п - 23 % А1. При амплитуде у = 10-4 это превышение составляет 65 %. Из рис. 1 также видно, что пластическая дефор-

1619

мация кручением снижает наклон амплитудной зависимости внутреннего трения.

Со структурной точки зрения эти результаты можно интерпретировать следующим образом.

Закаленное состояние а + в монотектоида - нестабильное. Эта метастабильность заключается в мелкозернистости а- и в-фаз, во внутризеренной концентрационной неоднородности, в повышенном содержании вакансий [4, 6].

После пластической деформации структура сплава в целом становится еще менее стабильной, о чем свидетельствует рост внутреннего трения (рис. 1). Высокое внутреннее трение сплавов системы 7п-Л1 связано, в первую очередь, со структурными поверхностями раздела, а именно, с мелкозернистостью а- и в-фаз, высокой диффузионной подвижностью атомов 7п, Л1, вакансий. Существенный прирост уровня амплитудной зависимости внутреннего трения после пластической деформации, в основном, обусловлен, по-видимому, интенсификацией пластической деформацией механизма межзеренного проскальзывания, включающего диффузию атомов 7п, Л1 и вакансий в приграничных областях а- и Р-фаз при циклической деформации.

Больший прирост низкоамплитудного внутреннего трения, чем высокоамплитудного после пластической деформации (рис. 1), по-видимому, обусловлен увеличением доли диффузионной компоненты внутреннего трения. Здесь можно привести аналогию с чугуном с пластинчатым графитом, подвергнутом закалке [7]. Закалка чугуна вызывает в приграничных слоях матрицы (метастабильного, пересыщенного углеродом мартенсита) с графитом повышенную степень дефектности и напряженного состояния, а при циклической деформации - повышенную интенсивность процессов диффузии атомов углерода. На амплитудной зависимости внутреннего трения чугуна с пластинчатым графитом это отражается в существенном увеличении низкоамплитудного внутреннего трения.

Пластическая деформация кручением, превышающая деформацию, соответствующую пределу упругости при циклической деформации, в 1,5 раза, и при одновременном действии статического напряжения сжатия 0,81 МПа существенно повышает уровень амплитудной зависимости внутреннего трения сплава 7п - 23 % Л1 и снижает наклон этой зависимости.

Действие пластической деформации обусловлено интенсификацией механизма межзеренного проскальзывания, включающего диффузию атомов Zn, Al и вакансий в приграничных областях а- и P-фаз при циклической деформации, а также увеличением доли диффузионной компоненты внутреннего трения.

ЛИТЕРАТУРА

5. Nuttal K. The damping characteristics of a superplastic Zn-Al eutecto-id alloy // J. Institute of Metals. 1971. V. 99. P. 266-270.

6. Tagamai M., Ohtani T., Usami T. Effects of heat treatment, contens of Cu and Mg, and rolling reduction on the damping capasiti and mechanical properties of Zn-Al alloy // J. Japan Institute of Light Metals. 1988. V. 38. Р. 107-113.

7. Скворцов А.И. Влияние легирования, термической обработки и деформации на структуру и свойства демпфирующих Zn-Al-сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. № 9. С. 27-29.

8. Скворцов А.И. Структурообразование и внутреннее трение в неравновесных сплавах на основе цинка и алюминия // Изв. АН. Сер. физическая. 1997. Т. 61. № 2. С. 298-303.

9. Скворцов А.И. Электронномикроскопический анализ структуры демпфирующих мелкокристаллических сплавов на основе цинк-алюминий // Нанотехнологии функциональных материалов: тр. междунар. НТК. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2010. С. 269-271.

10. Скворцов А.И. Анализ неупругости в высокодемпфирующих сплавах Zn-Al, серых чугунах и сплавах железа с магнитомеханической природой внутреннего трения // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 5. С. 42-45.

11. Скворцов А.И. Механизм сильного внутреннего трения в сплавах железа с пластинчатым графитом // Физика металлов и металловедение. 2004. Т. 97. № 1. С. 102-106.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант № 12-03-97002-р_по-волжье_а).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Skvortsov A.I., Skvortsov A.A. INFLUENCE OF PLASTIC DEFORMATION ON AMPLITUDE DEPENDENCE AND MECHANISM OF INTERNAL FRICTION OF ZINC-ALUMINUM ALLOY

The influence of plastic deformation on amplitude dependence of internal friction of alloy Zn - 23 % Al is researched. Basic mechanisms of internal friction in the investigated alloys are associated with structural surfaces section with the increasing share of diffusion components of internal friction.

Key words: alloy Zn - 23 mas. % Al; amplitude dependence of internal friction; torsion plastic deformation; hardening; mechanism of internal friction.

1620