Механические свойства ультрамелкозернистого циркония в интервале температур 4,2-300 К

Abstract

В интервале температур 4,2 –300 К изучены механические свойства при одноосном сжатии цилиндрических образцов ультрамелкозернистого (УМЗ) циркония (размер зерен ~ 0,4 мкм), полученного интенсивной пластической деформацией (ИПД) — комбинацией методов экструзии, отжига, волочения. Измерены механические характеристики УМЗ циркония в двух структурных состояниях и проведено их сравнение между собой и с характеристиками крупнозернистых поликристаллов этого материала (состояние 1 — образцы после ИПД, состояние 2 — после ИПД и отжига). Установлено, что измельчение зерен под действием ИПД существенно повышает величину предела текучести поликристаллов (в 6 раз при 300 К и в 4 раза при 77 К) при сохранении достаточно большого ресурса пластичности до 15%. На диаграммах деформирования УМЗ циркония зарегистрировано существование двух стадий деформационного упрочнения и уменьшение с ростом деформации активационного объема процесса пластического течения. Сделан вывод об идентичности основных механизмов, определяющих пределы текучести и деформационное упрочнение ультрамелкозернистого и крупнозернистого циркония: параллельное протекание и взаимное влияние внутризеренного дислокационного скольжения и двойникования.

В температурному інтервалі 4,2–300 К вивчено механічні властивості при стисненні вздовж осі циліндричних зразків ультрадрібнозернистого (УДЗ) цирконію (розмір зерна ~ 0,4 мкм), котрий одержано інтенсивною пластичною деформацією (ІПД) — комбінацією методів екструзії, відпалу, волоч іння. Виміряно механічні характеристики УДЗ цирконію у двох структурних станах та проведено їх порівняння між собою та з характеристиками крупнозернистих полікристалів цього матеріалу (стан 1 — зразки поісля ІПД, стан 2 — поісля ІПД та відпалу). Встановлено, що подрібнення зерен під дією ІПД істотно збільшує величину границі плинності полікристалів (в 6 разів при 300 К і в 4 рази при 77 К) при збереженні достатньо великого ресурсу пластичності до 15 %. На діаграмах деформування УДЗ цирконію зареєстровано наявність двох стадій деформаційного зміцнення і зменшення зі зростанням деформації активаційного об’єму процесу пластичної плинності. Зроблено висновок про ідентичність головних механізмів, що визначають границю плинності та деформаційне зміцнення ультрадрібнозернистого та крупнозернистого цирконію: паралельне протікання та взаємний вплив внутрізеренного дислокаційного ковзання і двійникування.

Mechanical properties of ultrafine-grained (UFG) zirconium (grain size 0.4 μm), produced by intensive plastic deformation (IPD) (a combination of extrusion, annealing, and drawing) are studied on cylindrical specimens within the temperature range 300–4.2 K at uniaxial compression. The mechanical characteristics of UFG zirconium of two structural states were measured. Comparison between these characteristics and those of coarse-grained polycrystals of the material was made (state 1 – specimens after IPD, state 2 – specimens after IPD and annealing). It is found that a decrease of grain sizes due to IPD leads to a considerable increase of yield stress of the polycrystals (by a factor of six at 300 K and by a factor of four at 77 K), the plasticity being kept rather large (strain > 0.15). Two stages of strain-hardening and a decrease of activation volume for plastic flow with deformation were registered. A conclusion is drawn about the identity of the basic deformation mechanisms in ultrafine-grained and coarse-grained zirconium: simultaneous action and mutual influence of intragrain dislocation gliding and twinning.