НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
СИЛЬНОДЕФОРМИРОВАННОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ1-0

 

Ю.А. Семеренко, В.А. Москаленко, А.Р. Смирнов

Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАНУ

 

В области температур 5¸325К методом механической резонансной спектроскопии изучены температурные зависимости декремента d(T) и динамического модуля Юнга Е(T) нано- и ультрамелкокристаллического Ti технической чистоты ВТ1-0. Измерения проводились на частотах 1.4¸3.7 кГц изгибных колебаний. Субструктурное состояние образцов формировалось деформированием при температурах 100 и 290 К до значений истинных деформации e = 1.2¸1.9 и последующих отжигов при 525, 720 и 940 К. Электронно-микроскопические исследования показали, что внутризеренная субструктура Ti после деформации при 290 К характеризуется скоплениями дислокаций высокой плотности, что приводит к появлению многочисленных изгибных экстинционных контуров (рис. 1а), указывая на высокий уровень внутренних напряжений. Размер таких областей от долей микрона до нескольких микрон. В субструктуре криодеформированного материала преобладают области когерентного рассеяния (ОКР) размером 30¸50 нм (рис. 1б). После криодеформации e = 1.2 ОКР наблюдаются преимущественно в виде кластеров; с увеличением степени деформации кластеры распадается и ОКР распределяются достаточно однородно. Генезис ОКР обусловлен процессами многократного передвойникования титана в условиях низкотемпературной деформации [1]. На рис. 2 показана эволюция гистограмм распределения размеров ОКР в образце ВТ1-0 после криодеформации е=1.9 и последующих отжигов 525 и 940 К.

Рис. 2 Гистограммы распределения размеров ОКР образце ВТ1-0 после криодеформации е=1.9 и последующих отжигов.

 

Создание деформационных микроструктур приводит к появлению при температуре »230К пика Р1 на зависимостях d(T) (см. рис 3). На зависимости E(T) ему отвечает размытая ступенька. Повышение степени деформации приводит к уширению и увеличению амплитуды пика Р1, в криодеформированных образцах амплитуда пика Р1 существенно выше. Серия отжигов при 525, 720 и 940К последовательно снижает (вплоть до исчезновения) высоту пика и температуру локализации. Совокупность свойств Р1 позволяет говорить о его деформационной природе и высокой структурной чувствительности системы релаксаторов, ответственных за возникновение пика. Различия в характере формируемых микроструктур материала, обусловленные различными механизмами деформации при 100 К и 290 К, позволяют говорить об отсутствии связи этого релаксационного резонанса с внутризеренной микроструктурой.

Криодеформированные образцы обладают рядом особенностей: 1) в области 43¸78К наблюдается пик поглощения Р2. Увеличение степени криодеформации приводит к сужению пика Р2 и снижению температуры его локализации. Отжиг при 525 К снижает высоту и температуру локализации пика Р2. После отжига при 720 К пика Р2 практически не наблюдается. 2) в области низких температур в криодеформированных образцах модуль упругости Е на DЕ »0.8-1.2% меньше чем в отожженных образцах, при этом величина DЕ тем больше чем больше степень криодеформации. Отжиг при 525 К снижает DЕ, а после отжига при 720 К низкотемпературные части температурных зависимостей Е(T) криодеформированных и отожженных образцов практически совпадают.

Рис. 3 Температурные зависимости декремента d(T) и динамического модуля Юнга Е(T) нано- (а, б) и ультрамелкокристаллического (в) технического сплава чистоты ВТ1-0.

 

Известно, что в реальных материалах неизбежно присутствуют локальные структурные неоднородности. В этом случае активационные параметры релаксационных процессов приобретают в различных областях образца случайные добавки, при этом материал в целом характеризуется не единственным набором значений активационных параметров, а функциями статистического распределения этих параметров. Согласно выводам [2] ширина и температурная локализация релаксационных резонансов тесно связана с однородностью структуры материала.

Повышение степени однородности материала приводит к уменьшению статистического разброса значений энергий активации процесса ответственного за возникновение релаксационного резонанса и как следствие к снижению ширины пика на температурной зависимости поглощения. Связь температуры локализации резонанса с изменением степени структурной однородности материала определяется видом функции распределения P(U) значений энергии активации релаксационного процесса в изучаемом материале. Во всех известных случаях акустической релаксации P(U) такова, что повышение структурного совершенства материала приводит к снижению температуры локализации резонанса.

Снижение температуры локализации Р2 с ростом степени деформации коррелирует с данными электронномикроскопических исследований (см. рис. 2) о повышении однородности микроструктуры образцов и позволяет связать Р2 с процессом формирования и гомогенизации внутризеренной субнаноструктуры.

Пики Р1 и Р2 являются частотно зависимыми – при повышении частоты механических колебаний образца они сдвигаются в область более высоких температур, что говорит об их термоактивируемом характере. Оценки активационных параметров Р1: энергия активации U»0.38 эВ и период попыток t0»2·10-13с согласуются с [3]. Оценки активационных параметров пика Р2 U»0.03 эВ и t0»2·10-11с. Природа пиков Р1 и Р2 пока остается до конца не выясненной.

 

1. V.A. Moskalenko, V.I. Startsev, V.N. Kovaleva, Cryogenics, 20, 507 (1980).

2. V.D. Natsik, Yu.A. Semerenko, Functional materials, 11, 327 (2004)

3. I.S. Golovin, T.S. Pavlova, S.B. Golovina, H.-R. Sinning, S.A. Golovin, Mater.Sci.&Eng. A442, 165 (2006).