Вплив пластичної деформації та тривалого природнього старіння на пружні властивості суперпластичного евтектичного стопу Bi–43 мас.% Sn

В. Ф. Коршак$^{1}$, Ю. О. Шаповалов$^{2}$, П. П. Пал-Валь$^{2}$

$^{1}$Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, майдан Свободи, 4, 61022 Харків, Україна
$^{2}$Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України, просп. Науки, 47, 61101 Харків, Україна

Отримано: 10.05.2024; остаточний варіант - 24.06.2024. Завантажити: PDF

Виконано дослідження змін динамічного модуля Юнґа типового модельного надпластичного стопу Bi–43 ваг.% Sn в умовах пластичної деформації, якій піддають полікристалічні матеріяли для створення структурно-фазового стану, здатного до прояву ефекту надпластичности. Також вивчено зміни модуля Юнґа в процесі тривалої витримки за кімнатної температури та нормального атмосферного тиску, у результаті якої феноменологічні показники надпластичної течії дослідженого стопу помітно понижуються, але прояв ефекту надпластичности спостерігається. Проведено акустичні міряння з використанням методи подвійного складеного п’єзоелектричного вібратора. Виявлено зростання динамічного модуля Юнґа в результаті стиснення на ≅ 70% на гідравлічному пресі та в процесі старіння як у литих, так і у стиснених зразках. Одержані експериментальні дані проаналізовано з урахуванням раніше одержаних даних про зміни фазового складу стопу в умовах експерименту. Результати аналізи свідчать, що збільшення модуля Юнґа в результаті стиснення зумовлено появою внутрішніх напружень у матеріялі. Зростання модуля Юнґа під час старіння пов’язане, перш за все, з переходом стопу з вихідного метастабільного до рівноважного за кімнатної температури фазового стану. На кінетичних залежностях модуля пружности і у литих, і у стиснених зразків спостерігається гальмування його змін на етапі старіння, коли фазова рівновага у стопі ще не встановилася. Це пояснюється зміною кінетики розпаду α(Sn)-фази (пересиченого твердого розчину Бісмуту в цині), зумовленою появою фазових напружень, пов’язаних з об’ємним ефектом фазового перетворення. Показано, що такі напруження чинять гальмівний вплив на перебіг розпаду.

Ключові слова: евтектичний стоп, надпластичність, пластична деформація, природне старіння, фазовий склад, динамічний модуль Юнґа, внутрішні напруження.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i11/1125.html

PACS: 61.72.Cc, 62.20.de, 62.20.fq, 62.20.mt, 81.40.Cd, 81.40.Lm, 81.70.Bt


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. O. A. Kaibyshev, Superplasticity of Alloys, Intermetallides and Ceramics (Berlin–Heidelberg: Springer: 1992).
  2. R. Z. Valiev and I. V. Aleksandrov, Nanostrukturnyye Materialy, Poluchennyye Intensivnoy Plasticheskoy Deformatsiey [Nanostructured Materials Obtained by Severe Plastic Deformation] (Moskva: Logos: 2000) (in Russian).
  3. T. G. Nieh, J. Wadsworth, and O. D. Sherby, Superplasticity in Metals and Ceramics (Cambridge: Cambridge University Press: 2009).
  4. K. A. Padmanabhan, S. Balasivanandha Prabu, R. R. Mulyukov, A. Nazarov, R. M. Imaev, and S. Ghosh Chowdhury, Superplasticity (Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag: 2018).
  5. J. Wongsa-Ngam and T. G. Langdon, Metals, 12, No. 11: 1921 (2022).
  6. V. F. Korshak, Yu. A. Shapovalov, P. P. Pal’-Val’, and P. V. Mateichenko, Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, 75, No. 10: 1345 (2011) (in Russian).
  7. V. F. Korshak, Yu. O. Shapovalov, and P. V. Mateychenko, J. Mater. Sci., 53: 8590 (2018).
  8. V. D. Natsik, P. P. Pal-Val, and S. N. Smirnov, Acoustical Physics, 44, No. 5: 553 (1998).
  9. H. A. Bowman and R. M. Schoonover, J. Res. Natl. Bur. Stand C, 71, No. 3: 179 (1967).
  10. V. F. Korshak, P. V. Mateychenko, and Yu. A. Shapovalov, Phys. Met. Metallogr., 115, No. 12: 1249 (2014).
  11. V. F. Korshak, Yu. A. Shapovalov, O. Prymak, A. P. Kryshtal, and R. L. Vasilenko, Phys. Met. Metallogr., 116, No. 8: 829 (2015).
  12. J. W. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys (Oxford: Pergamon Press: 1975).
  13. B. M. Drapkin, and V. K. Kononenko, Izv. AN SSSR. Metally, No. 2: 162 (1987) (in Russian).
  14. T. D. Shermergor, Teoriya Uprugosti Mikroneodnorodnykh Sred [Theory of Elasticity of Microinhomogeneous Media] (Moskva: Nauka: 1977) (in Russian).
  15. W. Voigt, Lehrbuch der Kristallphysik (Leipzig: Teubner Verlag: 1928) (in German).
  16. A. Reuss, Berechnung der Fliebgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitätsbedingung für Einkristalle, Z. Angew. Math. Mech., 9: No 1: 49 (1929) (in German).
  17. R. Hill, Proc. Phys. Soc. А, 65, No 3: 349 (1952).
  18. V. F. Korshak, Yu. A. Shapovalov, A. L. Samsonik, and P. V. Mateichenko, Phys. Met. Metallogr., 113, No. 2: 190 (2012).
  19. S. A. Golovin, A. Pushkar, and D. M. Levin, Uprugie i Neuprugie Svoystva Konstruktsionnykh Mmetallicheskikh Materialov [Elastic and Inelastic Properties of Structural Metal Materials] (Moskva: Metallurgiya: 1987) (in Russian).
  20. V. F. Korshak, A. P. Kryshtal’, Yu. A. Shapovalov, and A. L. Samsonik, Phys. Met. Metallogr., 110, No. 4: 385 (2010).
  21. V. F. Korshak, R. A. Chushkina, Yu. A. Shapovalov, and P. V. Mateichenko, Phys. Met. Metallogr., 112, No. 1: 72 (2011).