кручение под квазигидростатическим давлением сокр., КД; КГД иначе кручение под давлением (англ. torsion under quasi-hydrostatic pressure) — метод интенсивной пластической деформации (ИПД), осуществляемый путем одновременного сжатия тонкого образца между двумя бойками и его кручения благодаря повороту одного из бойков на определенный угол.

Описание

Основная деформация при методе КД осуществляется за счет кручения образца. Прилагаемое соосно давление, достигающее обычно несколько ГПа, играет двоякую роль. Во-первых, оно создает в центральной части образца область квазигидростатического сжатия, препятствующего разрушению образца. Во-вторых, оно увеличивает силу трения между бойками и образцом. Благодаря большой силе трения, крутящий момент от подвижного бойка передается образцу, и он деформируется кручением.

В настоящее время КД применяют преимущественно для изучения физики интенсивной пластической деформации. КД при комнатной температуре или при более низких температурах используют для получения нанокристаллической структуры в металлах, сплавах, интерметаллидах и керамиках. Размер образцов до деформации обычно не превышает 20 мм в диаметре и 1 мм по высоте. После деформации высота образцов уменьшается до 0,2–0,5 мм. Существенное измельчение структуры наблюдается уже после деформации на полоборота, но для создания однородной наноструктуры требуется, как правило, деформация в несколько оборотов.

КД чистых металлов приводит к формированию равноосной структуры со средним размером зерен 50–100 нм. В сплавах получаемый размер зерен может быть значительно меньше. Механизм интенсивной деформации зависит от многих факторов, в частности, от типа кристаллической решетки и энергии дефекта упаковки. Процесс формирования наноструктуры носит ярко выраженный стадийный характер.

В чистых ГЦК-металлах (металлах с гранецентрированной кристаллической решеткой) с высокой энергией дефекта упаковки (Cu, Ni) последовательность структурных превращений следующая. По мере увеличения деформации кручением до n≈0,1 (где n –число оборотов подвижного бойка) дислокации сосредоточиваются в границах субзерен (ячеек), которые представляют собой области зерен произвольной формы, свободные от дислокаций и отделенные от других областей малоугловыми границами. При дальнейшем увеличении деформации до n≈1 размеры субзерен уменьшаются, а степень разориентировки между ними увеличивается. При этом происходит постепенный переход от субзеренной (ячеистой) структуры к зеренной, содержащей преимущественно высокоугловые границы зерен.

Интенсивная пластическая деформация сплавов, наряду с формированием наноструктуры, может приводить к формированию метастабильных состояний, например, пересыщенных твердых растворов и метастабильных фаз. В интерметаллидных соединениях после КД может наблюдаться нарушение дальнего порядка вплоть до полного разупорядочения.

Наноматериалы, полученные КД, характеризуются высоким уровнем внутренних напряжений и значительными искажениями кристаллической решетки. В таких наноматериалах могут возникать аномалии некоторых фундаментальных свойств, например, модулей упругости, температур Кюри и Дебая, намагниченности насыщения. Наноматериалы, полученные ИПД, обладают, как правило, высокими прочностными свойствами при относительно низких температурах и высокой пластичностью и сверхпластичностью при повышенных температурах. В последнее время метод КД используют и при высоких температурах для получения в высокотемпературных сверхпроводящих керамиках острой кристалл лографической текстуры и высокой плотности дефектов, служащих центрами пиннинга магнитного потока.

Иллюстрации

а — Структура Ni (99,99%) после КД при 20 оС, P = 8 ГПа, n

а — Структура Ni (99,99%) после КД при 20 оС, P = 8 ГПа, n=5 оборотов. Средний размер зерен ~ 100 нм. Автор: Г. Ф. Корзникова. Из личного архива. б — Микроструктура высокотемпературной сверхпроводящей керамики Bi2Sr2CaCu2O8+δ после КД при 915°C, P~10 МПа, ω=1,5x103 об/мин, α=90оОсь сжатия вертикальная. Автор: М. Ф. Имаев. Из личного архива.


Автор

  • Имаев Марсель Фаниревич

Источники

  1. Бриджмен П.У. Исследования больших пластических деформаций и разрыва. Влияние высокого гидростатического давления на механические свойства. — Либроком, 2010. — 446 с.
  2. Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М.: Логос, 2000. — 272 с.
  3. Imayev M. F., Daminov R. R., Reissner M. et al. Microstructure, texture and superconducting properties of Bi2212 ceramics, deformed by torsion under pressure // Physica C. 2007. V. 467. P. 14–26.

Напишите нам