Общая характеристика сверхпластичности

Первые научные сообщения об удивительной способности некоторых металлических материалов к большим пластическим деформациям без разрушения появились в 10-30 годах прошлого столетия.

В 1934 г. была опубликована работа преподавателя металлургии в Армстронг - Колледже (Великобритания) Пирсона [2], которая сейчас известна практически каждому исследователю и признана классической. Он наблюдал необычно большие равномерные удлинения (до 2000%) образцов эвтектических сплавов Pb - Sn и Bi-Sn при незначительных напряжениях. При этом при микроскопических исследованиях деформированных образцов ученый не обнаружил полос сдвига внутри зерен сплавов. Кроме того, размер зерен не менялся в ходе деформации. На этом основании он предложил гипотезу о том, что высокие удлинения являются результатом зернограничного скольжения (ЗГС).

Для того, чтобы сфотографировать полученные после такой деформации образцы, длина которых составляла 82,1 дюйма (при исходной длине рабочей части 4 дюйма), их пришлось сворачивать в спираль. Эта фотография стала классическим примером СПД и приводится теперь во многих учебниках (рис.2).

Работа Пирсона в то время не вызвала большого интереса у металловедов возможно потому, что легкоплавкие сплавы всегда считались очень пластичными, и она была практически забыта до середины 40-х годов.

Однако, как и всякая классическая работа, статья Пирсона и сейчас, спустя 70 лет, не утратила своего значения и представляет несомненный практический интерес для всех исследователей, изучающих явление СПД.

Образец эвтектического сплава Bi-Sn после растяжения в состоянии сверхпластичности. Полученное удлинение равно 1950 % [2]

Рис.2. Образец эвтектического сплава Bi-Sn после растяжения в состоянии сверхпластичности. Полученное удлинение равно 1950 % [2]

Наиболее интенсивно в мировой науке явление СПД начало исследоваться после 1945 г, когда советские ученые акад. А.А. Бочвар и З.А.Свидерская обнаружили очень высокую пластичность у литых сплавов цинка с 15-20% алюминия. При растяжении образцов из этих сплавов относительное удлинение достигало 450%, что было совершенно необычно для литого материала [3].

А.А. Бочвар был первым, кто понял, что этот факт указывает на существование нового явления, названного им «сверхпластичностью». Этот термин стал международным «superplasticity». Кроме того, он первым указал на то, что при сверхпластической деформации (СПД) должен протекать ещё один процесс, который был назван им «залечивание» очагов разрушения при течении металла.

Таким образом, именно в работах А.А. Бочвара в 40-е годы XX века было открыто явление сверхпластичности (СПД), введено само это понятие, сформулированы основные требования к структуре двухфазных сверхпластичных сплавов и выдвинута гипотеза о механизме СПД, которая была подтверждена результатами последующих исследований.

В 70-80 годы вопросами по практическому использованию сверхпластичности занимались ГКНТ, НТО «МАШПРОМ», Академия наук, Минвуз, ведущие отраслевые министерства и ведомства. На базе исследовательской группы Уфимского авиационного института под руководством проф.

O. А. Кайбышева был создан первый и единственный в мире академический Институт проблем сверхпластичности материалов, а в МИСиС - Научно-исследовательская лаборатория сверхпластичных материалов. В рамках научно-технических программ по сверхпластичности были задействованы ведущие отечественные академические, отраслевые институты и вузы.

В мире явление сверхпластичности активно изучается многочисленными исследователями ведущих промышленных стран. Регулярно с 1982 г. один раз в три года проводятся международные конференции по сверхпластичности под названием «Superplasticiti in Advanced Materials (ICSAM)».

Успехи, достигнутые в этой области металлообработки, связаны с именами российских ученых: О.А. Кайбышева, А.А. Преснякова, А.С. Тихонова, И.И. Новикова, В.К. Портного, А.П. Гуляева, Р.З. Валиева, А.И. Рудско- го, а также зарубежных ученых: В. Бэкофена, О. Шерби, М. Грабского,

P. Джонсона и др.

Установлено, что признаки сверхпластичности существуют практически у всех сплавов и могут проявляться в определенных условиях, среди которых принципиальное значение имеют структурное состояние деформируемого металла, температура их деформации (табл. 1).

Сверхпластичные металлы и сплавы

Таблица 1

Состав, % (по массе)

Оптимальная температура сверхпластичности, °C

Чистые металлы

Никель технической чистоты

820

/7-плутоний

180

Цинк технической чистоты

20

Бинарные сплавы

А1+33% Си

500

AI+11,7% Si

550

Bi+Sn (различные составы)

30

Bi+43,5% Pb

30

Cd+26%Zn

20

Со+10% А1

1200

Сг+27,5% Со

1200

Cr+24% Ru

1290

Cu+20% Mg

650

Mg+32% Al

375

Mg+30,7% Cu

450

Mg+ 23,5% Ni

475

Pb+Cd (различные составы)

50-120

Pb+Sn (различные составы)

30

Pb+7,9% Tl

20

Zn+5% Al

325

Zn+22% Al

270

ю

Продолжение таблицы 1

Состав, % (по массе)

Оптимальная температура сверхпластичности, °С

Многокомпонентные сплавы

AI+12%Si+4%Cu

500

Cu+10% А1+4% Fe+0,8% Zn (0 tin 0629)

750

Fe+l,9%Mn+0,42%C

750

Fe+26% Cr+6,5% Ni+0,6% Ti+0,1% AI+ +0,2% C (/JV-744X)

925

Различные низколегированные стали

800-900

Mg+6% Zn+0,5% Zr (ZK-60)

450

Ni+39% Cr+10% Fe+1,75% Ti+1% Al

900

Ti+6% AI+4% V

950

Ti+5% AI+2,5% Sn

1000

Ti+8% AI+1% Mo+1% V

1000

Ti+6% AI+7% V+4% Zr+6% Mo

950

Zr+1,5% Sn+0,2% Fe+0,1 % Сг (циркаллой 4)

900

Динамика более чем 70-летнего развития исследований по проблеме сверхпластичности свидетельствует о постоянном росте интереса к этому явлению не только ученых-физиков и металловедов, но и со стороны специалистов в области металлообработки, и прежде всего, обработки металлов давлением.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >