Вплив структурних дефектів і напружень на фізико-механічні властивості перехідних металів, сплавів і сполук

Досліджувалися зразки Zr електронно-променевої плавки і сплаву Zr-1 мас.% Nb (далі Zr1Nb). Деформація здійснювалася знакозмінним консольним вигином і крученням с частотой 50 Гц и 50 цикл/мин, відповідно, в інтервалі температур 4,2…373 К.

Вивчено накопичення деформаційних дефектів в процесі знакозмінної деформації крученням при Т = 4,2 K и визначено стадії і підстадії повертання електроопору в інтервалі 4,2…400 К, активаційні параметри і ідентифіковано процеси відпалу точкових дефектів у деформованого цирконію (табл. 5).

Таблиця 5

Характеристики стадій повертання і процесів відпалу точкових дефектів

у Zr з відношенням електроопорів R300 K/R4,2 K = 76

Встановлено, що активізація двійникової моди на початкових етапах пластичної деформації при циклічному навантаженні консольним вигином у режимі малоамплітудної втоми викликає “аномальне” зменшення довговічності Zr при зниженні температури випробувань від кімнатної до 77 К спричинене накопиченням втомних пошкоджень поблизу меж двійників в зонах акомодації з високою локальною щільністю дислокацій. Слабкіший ефект характерний для сплаву Zr1Nb, що обумовлено зниженням інтенсивності двійникування. Розрив на кривій Велера при Т = 4,2 К в інтервалі N = 104...105 циклів виникає внаслідок переходу від багатоциклового механізму втомного руйнування до малоциклового. В експериментах на знакозмінне кручення цирконію в режимі малоциклової втоми з амплітудою г = 2,2 % при зниженні температури випробуваннях в інтервалі 293…4,2 К спостерігається збільшення довговічності. При Т = 77 К і 293 К при випробуваннях на консольний вигин для однакових значень N в інтервалі 1104 …5·106 циклів втомна міцність сплаву Zr1Nb виявилася на ~180…200 МПа вищою в порівнянні з чистим Zr, що обумовлено зміцненням сплаву, спричиненим домішками проникнення і дрібнодисперсними виділеннями фази

Досліджено вплив знакозмінної деформації крученням з фіксованою амплітудою (г = 1,4 %) в інтервалі температур 4,2…373 К на зміни напруження течії і електроопору в процесі навантаження і після проміжних відпалів при Т = 373 К (третя стадія повертання електроопору) Zr з величиною R300 K/R4,2 К = 170. Показано, що з пониженням температури деформації від 300 до 4,2 К проміжний відпал викликає перехід від зміцнення до знеміцнення при подальшій циклічній деформації: зразки деформовані при 170…290 К зміцняються, а зразки деформовані при 4,2…77 К знеміцнюються (рис. 12). Складний характер впливу попередньої деформації і відпалу на напруження течії обумовлено перевагою одного з видів пластичної деформації ?? ковзання або двійникування і пов'язаною з цим конкуренцією двох процесів при відпалах: закріпленням дислокацій точковими дефектами (при ковзанні) і стоком точкових дефектів на некогерентні межі двійникових прошарків (при механічному двійникуванні).

У восьмому розділі “Низькотемпературна пластичність і руйнування хрому і його сплавів в моно- і полікристалічному станах. Роль домішок, попередніх деформацій, магнітних і термоциклічних дій” приведено результати досліджень механічних властивостей і процесів пластичної деформації і руйнування у області низьких і помірно низьких температур монокристалічного хрому і полікристалічного сплаву ВХ-2К в різних структурних станах.

Вивчено механічні властивості в умовах деформації стисканням в температурному інтервалі 500…4,2 К монокристалів хрому орієнтацій [100], [110], [111] і [123], одержаних твердофазним методом з електролітично рафінованого хрому, а також з додаванням при переплавці 0,2 мас.% європію, і методом зонного рафінування, з сумарним вмістом домішок проникнення Сi  210-2,  10-3 і  5·10-4 мас.%, відповідно. Показано, що підвищення ступеню чистоти нелегованих монокристалів хрому призводить до істотного (більш ніж в 2 рази) зменшення коефіцієнту деформаційного зміцнення на 1-ї і 2-ї стадіях при Т = 300 К. Це свідчить, що домішки проникнення є одним з основних типів перешкод, контролюючих рух дислокацій в хромі в цих умовах.

При кімнатній і вищих температурах монокристали всіх досліджених орієнтацій і ступенів чистоти характеризуються високою пластичністю (? > 40 %). Температура в'язко-крихкого переходу залежить від орієнтації (табл. 6) і знижується з підвищенням ступеню чистоти (зокрема, з 180 до 120 К для монокристалів орієнтації [110] при зменшенні Сi з  2.10-2 до  5·10-4 мас. %). Величина межі текучості монокристалів у міру зниження температури від 500 К до Тх зростає в 2,5…14 разів залежно від орієнтації і ступеня чистоти.

Таблиця 6

Значення Тх монокристалів хрому різної чистоти і орієнтації

При Т  Тх механічні властивості хрому лімітуються напруженням крихкого руйнування, величина якого зменшується зі зниженням температури до 4,2 К (рис. 13), що пов'язується з появою мікротріщин при менших зовнішніх навантаженнях унаслідок зростання локальних напружень, обумовлених різним температурним ходом коефіцієнтів лінійного розширення матриці Сr і включень других фаз. Існування таких фаз в реальних зразках хрому є наслідком вкрай низької рівноважної розчинності домішок проникнення.

Показано, що для мікролегованого європієм хрому із змістом домішок проникнення Сi  210-2 мас.% в порівнянні з чистішим хромом (Сi  10-3 мас.%) характерне значне (у 1,5 рази) збільшення межі текучості без зниження запасу пластичності в області температур від 500 К до Тх, що обумовлено зміцненням внаслідок утворення виділень других фаз і твердорозчинним зміцненням.

Встановлено основні закономірності протікання процесів пластичної деформації і руйнування монокристалів хрому різної чистоти. Виконана кристалографічна ідентифікація слідів ковзання і двійникування залежно від орієнтації і температури. В температурному інтервалі 300…500 К пластична деформація хрому всіх досліджених орієнтацій здійснюється ковзанням переважно по площинах типу {123} в напрямі [111]. При температурах, близьких до Тх, пластична деформація реалізується в основному за рахунок двійникування по площинах {112} і ковзання по спряжених площинах {110}. Типова мікроструктура деформованого Cr представлена на рис. 14. З підвищенням ступеню чистоти реалізується можливість розвитку ковзання при нижчих температурах.

Вивчено вплив двійникування на механічні характеристики і руйнування хрому. Показано, що попередня деформація двійникуванням при низьких температурах призводить до збільшення межі текучості монокристалів хрому при 300 і 500 К відповідно на 20 і 70 %. Невелика деформація (? 5 %) при 500 К монокристала хрому із двійниками сприяє релаксації напружень біля меж двійників, що спричиняє істотне зростання пластичності поблизу температури в'язко-крихкого переходу вихідного стану (величина деформації до руйнування збільшується до ? 20 %).

Встановлено, що попередня дія перемінного магнітного поля спричиняє суттєві зміни механічних характеристик сплаву ВХ-2К (табл. 8). Вплив поля в АF2 стані (Т = 77 К) є більш ефективним, ніж в АF1 стані (Т = 300 К): пластичність збільшується вдвічі; значення межі пропорційності П і умовної межі текучості 02 зменшуються на  30 % і на  14 %, відповідно. Аналіз показав, що ефект знеміцнення обумовлено релаксацією концентраторів напружень і розблокуванням ковзних дислокацій в результаті анізотропних магнітострикційних деформацій в полікристалічному агрегаті. При наявності рівномірно розподілених в об'ємі рухливих дислокацій і зниженні рівня локальних напружень реалізується можливість протікання більш однорідної деформації, що свідчить про наявність високого запасу пластичності в сплаві ВХ-2К з оптимізованим структурним станом. Слабкіше зменшення характеристик міцності і практично відсутній ефект зміни пластичності після дії магнітного поля в АF1 стані свідчить про незавершеність релаксаційних процесів внаслідок нижчих абсолютних значень магнітострикції.

Багатократні послідовні фазові переходи Cr з парамагнітного в антиферомагнітні АF1 і АF2 стани і в зворотному напрямку при термоциклюванні в режимі 373 К77 К спричиняють збільшення характеристик міцності і запасу пластичності у області в'язко-крихкого переходу (Тх знижується на ~ 20 К, табл. 7).

Спостережені зміни механічних властивостей пов'язуються з комплексним ефектом деформації мікрозсувом поблизу концентраторів напружень і розблокуванням дислокацій унаслідок: циклічних переміщень через зразок міжфазних меж, що розділяють області з різним магнітним порядком; хвиль розширень-стиску, що виникають в результаті взаємної компенсації внутрішньої і обмінної енергії при перегріві (переохолодженні) магнітної фази; міждоменних меж при дії на них нерівномірних температурно-силових полів (в рамках термодинамічних умов існування антиферомагнітних фаз).

Таблиця 8

Механічні властивості при 300 К сплаву ВХ-2К до і після дії знакозмінного магнітного поля (Н = 1,3 кЕ, щ = 50 Гц, t = 30 хв.)

Таблиця 7

Механічні властивості монокристалічного хрому з Сi   10-3 мас.%

орієнтації [110] в вихідному стані і після термоциклювання (300 циклів)

ВИСНОВКИ

В результаті проведеного комплексу досліджень вирішено проблему встановлено основні закономірності і фізичні механізми впливу деформаційних дефектів і механічних напружень, що виникають при силових, ультразвукових, термоциклічних і магнітних діях у області низьких і помірно низьких температур, а також гартівних вакансій і домішок на електрофізичні і механічні властивості, ефективні мікроскопічні параметри ненадпровідних, надпровідних і магнітоупорядкованих перехідних металів, сплавів і сполук.

Основні наукові і практичні результати сформульовані в таких узагальнених висновках:

Встановлено загальні закономірності змін дебаївської температури і співвідношення процесів розсіяння носіїв заряду в основних каналах, що контролюють електроопір у інтервалі температур Тс < Т   (Тс - температура надпровідного переходу) у ОЦК (Nb, Ta) і ГЦК (Pt) перехідних металах в результаті створення деформаційних й гартівних дефектів і введення легких домішок.

Розвинуто методи кількісного обчислення ефективних мікроскопічних характеристик реальних перехідних металів. На прикладі Nb, Та і Pt показано, що деформаційні і гартівні дефекти, спричинюючи розриви міжелектронних зв'язків, викликають зменшення фермівської швидкості і плазмової частоти, звуження d-зони, збільшення щільності станів в s- і d-зонах. Легкі домішки спричиняють виникнення станів з більшою енергією зв'язку, що визначає протилежний характер зміни комплексу досліджених характеристик.

Встановлено природу і визначено механізми впливу дефектних структур, сформованих при низькотемпературній (4,2...20 К) пластичній деформації, на комплекс характеристик надпровідного і резистивного станів перехідних металів-надпровідників з різним характером електронного зв'язку.

Показано, що для надпровідника зі слабим електронним зв'язком (Zr) відносний приріст Тс внаслідок посилення надпровідності на межах деформаційних двійників більш ніж на порядок перевищує ефект, характерний для надпровідника із сильним зв'язком (Nb), що обумовлено сильнішим впливом деформаційних дефектів в Zr на зміну константи міжелектронного притягання.

Показано, що немонотонна зміна Тс деформованого при низьких температурах Nb, що містить домішки проникнення, після відпалів в температурному інтервалі відповідному 3-й стадії повертання електроопору, пов'язана зі зміною електрон-фононної взаємодії внаслідок переміщення на стоки комплексів вакансія-кисень і очисткою матриці.

Встановлено спільність явища термомагнітної нестійкості при струмовому руйнуванні надпровідності в гетерогенних моноатомних надпровідниках другого роду (Nb, V), що виникає внаслідок термофлуктуаційних стрибків магнітного потоку поблизу деформаційних меж розділу з вищими, ніж в матриці, значеннями локальної густини критичного струму.

В резистивному стані надпровідника 2-го роду (монокристалічній Nb з високою щільністю рівномірно розподілених дислокацій ~ 1011 см-2) в широкій області магнітних полів (0,2b0,86, b зведене поле) встановлено кореляцію густини критичного струму й нормальної компоненти струму і визначено найімовірніший механізм крипу потока.

Одержано експериментальні дані про вплив напружень розтягування на струмо-провідну спроможність композитів різного типу і геометрії на основі сполуки Nb3Sn при Т = 4,2 К в магнітних полях до 7 Тл і визначено процеси і механізми, що контролюють зміни критичного струму в залежності від рівня навантаження.

Показано, що малоінтенсивна ультразвукова дія в визначених режимах спричиняє істотне підвищення механічної стійкості керамічних ВТНП Y-Ba-Cu-O, магнітожорсткого магнетика Nd-Fe-B і комплексу надпровідних і механічних характеристик композиту на основі Nb3Sn. Спостережені ефекти пов'язані з поглинанням механічної енергії на межах розділу, перерозподілом точкових дефектів і мікрозсувною релаксацією внутрішніх напружень термічної природи.

Досліджено втомну міцність Zr і сплаву Zr-1 мас. % Nb в умовах знакозмінної деформації в інтервалі температур від кімнатної до 4,2 К. Показано, що в режимі малоамплітудної втоми спостережуване “аномальне” зменшення довговічності при зниженні температури випробувань від кімнатної до 77 К, сильніше у Zr, пов'язано з двійникуванням на початкових етапах пластичної деформації і накопиченням втомних пошкоджень поблизу меж двійників.

Вивчено накопичення деформаційних дефектів і визначено активаційні параметри процесів відпалу точкових дефектів у Zr, деформованому знакозмінним крученням при Т = 4,2 К. На прикладі Zr показано, що для попередньо деформованого металу зі співвідношенням ковзання і двійникування, що змінюється з температурою, проміжний відпал на 3-й стадії повернення електроопору викликає перехід від зміцнення до знеміцнення внаслідок зниження ефективності механізму закріплення дислокацій точковими дефектами і підсилення їх стоку на межі двійників.

Встановлено основні закономірності процесів пластичної деформації і руйнування в температурної області 500…4,2 К монокристалів хрому різної орієнтації з вмістом домішок проникнення 210-2…5.10-4  мас. %. Зниження напруження крихкого руйнування в інтервалі температур 4,2 К  Т  Тх (Тх -температура в'язко-крихкого переходу) обумовлено зростанням локальних напружень внаслідок різної температурної залежності коефіцієнтів лінійного розширення матриці хрому і включень других фаз.

Вивчено вплив змін магнітної підсистеми і комбінованої пластичної деформації на механічні властивості хрому і його мало легованого сплаву. Показано істотне збільшення запасу пластичності і зниження температури в'язко-крихкого переходу, викликане релаксацією концентраторів напружень внаслідок об'ємного ефекту при багаторазових послідовних фазових перетвореннях із парамагнітного в антиферомагнітні АF1 і АF2 стани і в зворотному напрямку, магнітострикції при дії змінного магнітного поля в АF2 стані, а також на межах попередньо створених при низьких температурах двійників при подальшій малій деформації ковзанням.

ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Гиндин И.А., Стародубов Я.Д., Соколенко В.И., Старолат М.П., Вьюгов П.Н. Изменение напряжения течения и электросопротивления поликристаллического циркония в процессе низкотемпературного знакопеременного деформирования и отжига // ФММ.- 1979.- Т.47, В.5.- С.1069-1074.

Гиндин И.А., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Возврат электросопротивления и напряжения течения поликристаллического циркония после знакопеременного деформирования при 4,2 К и отжига // ФММ.- 1980.- Т.50, В.5.- С.1053-1059.

Гиндин И.А., Лазарева М.Б., Стародубов Я.Д., Старолат М.П., Гогуля В.Ф., Голубь А.П., Соколенко В.И., Никулин А.Д. Влияние растягивающей нагрузки на критические токи и температуры сверхпроводящих проводов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Атомное материаловедение.- 1981.- В.2 (25).- С.38-41.

Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Лазарева М.Б., Полтавец В.А., Соколенко В.И., Лазарева Л.С., Стародубов Я.Д., Горбатенко В.М. Влияние растягивающих нагрузок на критическую температуру и намагниченность ленты Nb3Sn // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная физика.- 1981.- В.3 (17).- С.19-21.

Гиндин И.А., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Вьюгов П.Н. Усталость поликристаллического циркония в интервале температур 4,2-293 К // ФММ.- 1982.- Т.53, В.9.- С.381-384.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Вьюгов П.Н. Особенности упрочнения поликристаллического циркония в процессе знакопеременной деформации при 4,2-293 К // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная физика.- 1983.- В.1 (2).- С.78-79.

Борисова И.Ф., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние процессов возврата на температуру сверхпроводящего перехода деформированного при 20 К ниобия // ФНТ.- 1992.- Т.18, №8.- С.844-846.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Критические токи сверхпроводящего ванадия, деформированного кручением при 4,2 К // ФНТ.- 1992.- Т.18, №11.- С.1183-1186.

Малик Г.Н., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Тихоновский М.А., Олексиенко М.М. Влияние ультразвукового воздействия на механические свойства и Тк композита на основе Nb3Sn // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-физические исследования (Теория и эксперимент).- 1992.- В.2 (23).- С.64-66.

Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D., Malik G.N., Tikhonovskij M.A., Oleksienko M.M. Effects of ultrasonic irradiation on superconducting and mechanical properties of the Nb3Snbased composite // Cryogenics.- 1992.- V.32, ICMC Suppl.- P.637-340.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние дефектов кристаллической решетки на температуру сверхпроводящего перехода переходных металлов (обзор) // ФНТ.- 1993.- Т.19, №9.- С.251-279.

Аксенов В.К., Борисова И.Ф., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние особенностей дефектной структуры на сверхпроводящие свойства монокристаллов ниобия // ФНТ.- 1993.- Т.19, №10.- С.1077-1082.

Аксенов В.К., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Дислокационное увеличение температуры сверхпроводящего ниобия // ФНТ.- 1993.- Т.19, №10.- С.1083-1086.

Аксенов В.К., Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Леденев О.П., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Фурса В.П. Влияние пластической деформации при 4.2 К на структуру и температуру сверхпроводящего перехода циркония // ФНТ.- 1993.- Т.19, №11.- С.1187-1190.

Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D. and Malik G.N. Mechanical stability increase of Y-based HTS as a result of relaxation ultrasonic processing // Physica C.- 1994.- Vol.235-240.- P.3413-3414.

Аксенов В.К., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние структурных дефектов, возникших в результате деформации при 4,2 К, на критический ток сверхпроводящего ниобия // ФНТ.- 1996.- Т.22, № 7.- С.798-803.

Sokolenko V.I., Aksenov V.K., Borisova I.F. and Starodubov Ya.D. “Anomalous” decrease of critical current in superconductors with deformation twins // Czechoslovak Journal of Physics.- 1996.- V.46, Suppl. S2.- P.879-880.

Соколенко В.И. О вкладе дислокаций в электросопротивление ниобия // ФНТ.- 1999.- T.25, №4.- C.362-366.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние низкотемпературной деформации на сверхпроводящие параметры моноатомных и композиционных сверхпроводников (обзор) // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники - 2000.- №5 (11).- С.33-45.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мерисов Б.А., Хаджай Г.Я. Изменение сверхпроводящих, транспортных и микроскопических характеристик переходных металлов при введении примесей внедрения и деформационных дефектов // ФНТ.- 2001.- Т.27, №5.- С.471-481.

Борисова И.Ф., Неклюдов И.М., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Трефилов В.И. Структура и механические свойства монокристаллов хрома различной чистоты // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение.- 2001.- №4.- С.19-27.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мирный В.И., Завгородний А.А., Мерисов Б.А., Козинец В.В. Электросопротивление и микроскопические характеристики платины в различных структурных состояниях // ФНТ.- 2003.- Т.29, № 7.- С. 785-792.

Оковит В.С., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Чиркина Л.А., Малик Г.Н., Тихоновский М.А. Диссипативные, механические и сверхпроводящие свойства иттриевой ВТСП керамики в различных структурных состояниях // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники.- 2004.- №6(14).- С.81-88.

Березняк П.А., Малик Г.Н., Оковит В.С., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Чиркина Л.А. Механическая устойчивость, упругие и диссипативные свойства магнитожесткого материала системы Nd-Fe-B в различных структурных состояниях // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники.- 2004.- №6 (14).- С.107-114.

Неклюдов И.М., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние переменного магнитного поля на механические свойства хрома и сплава ВХ-2К // Деформация и разрушение материалов.- 2005.- №3.- С.41-43.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Критический ток, пиннинг и резистивное состояние монокристаллического ниобия с различным типом дефектной структуры // ФНТ.- 2005.- Т.31, №7.- С.745-751.

Неклюдов И.М., Стародубов Я.Д., Соколенко В.И. Влияние магнитных полей на сопротивление пластической деформации кристаллических тел (обзор) // УФЖ.- 2005.- Т.50, №8А.- С.А113-А121.

Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D., Borisova I.F. Current-voltage characteristics, critical current and pinning force of heterogeneous monatomic superconductors // Proc. 7-th Intern. Workshop on Critical Currents in Superconductors (Ed. H.W.Weber).- World Scientific.- 1994.- P.581-584.

Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D. and Malik G.N. Influence of ultrasonic irradiation on mechanical properties of Y-based HTSC superconductors // Fourth Euro-Ceramics. High-Tc superconductors. - Gruppo Edit Faenca Editrice, 1995.- Part 1, Vоl.6 (Edito da: F.Barone, D.Fiorani, A.Tampieri).- P.353-358.

Ажажа В.М., Вахрушева В.С., Дергач Т.А., Ковтун К.В., Малыхин Д.Г., Петельгузов И.Н., Соколенко В.И. Технология изготовления изделий из циркониевых сплавов для атомной энергетики и некоторые свойства сплавов циркония: Обзор.- Харьков: ИФТТМТ ННЦ ХФТИ, 1999.- 115 с.

Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Ожигов Л.С., Ракицкий А.Н., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Трефилов В.И. Исследование низкотемпературной пластичности и разрушения монокристаллов хрома и поликристаллического сплава ВХ-2К в исходном и облученном состояниях // Труды 14-й Международ. конф. по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению.- Харьков, 2000.- C.74-76.

Борисова И.Ф., Крапивко Н.А., Неклюдов И.М., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Трефилов В.И. Изучение структуры и механических свойств монокристаллов хрома различной чистоты // Труды 7-го Международ. симпоз. “Чистые металлы”.- Харьков, 2001.- С.207-211.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мерисов Б.А., Хаджай Г.Я. Электро-физические характеристики ниобия и тантала различной чистоты // Труды 7-го Международ. симпоз. “Чистые металлы”.- Харьков, 2001.- С.215-219.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мирный В.И., Завгородний А.А., Мерисов Б.А., Козинец В.В. Влияние степени чистоты, закалочных и деформационных дефектов на электрофизические характеристики платины // Труды 8-го Международ. симпоз. “Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы”.- Харьков, 2002.- C.140-144.

Аксенов В.К., Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Леденев О.П., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Фурса В.П. Влияние низкотемпературной деформации на структуру и Тк циркония // Тез. докл. конф. “Металлофизика сверхпроводников”.- Киев, 1986.- Часть III.- С.383-384.

Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Лазарева М.Б., Стародубов Я.Д., Старолат М.П, Лазарева Л.С., Соколенко В.И., Горбатенко В.М. Устройства для исследования действия электрического тока и магнитного поля на физико-механические свойства сверхпроводящих материалов // Тез. докл. I Всесоюз. конф. “Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов”.- Юрмала, 1987.- С.180.

Малик Г.Н., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние релаксирующего ультразвукового воздействия в интервале 77-300 К на механические свойства ВТСП Y-системы // Материалы I Межгосударст. конф. “Материаловедение высокотемпературных сверхпроводников.- Харьков, 1993.- Т.3.- С.150-151.

Стародубов Я.Д., Соколенко В.И., Борисова И.Ф. Влияние двойников и дислокаций на критический ток и пиннинг монокристаллического ниобия // Тез. докл. 30-го совещ. по физике низких температур.- Ч.1: “Фундаментальные вопросы сверхпроводимости, включая ВТСП”.- Дубна, 1994.- С.244-245.

Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мерисов Б.А., Хаджай Г.Я. Об изменении сверхпроводящих, транспортных и микроскопических характеристик переходных металлов при введении примесей внедрения и деформационных дефектов // Тез. доклад. 32-го всеросс. совещ. по физике низких температур. - Секция SC: “Сверхпроводимость”.- Казань, 2000.- С.179-180.

Неклюдов И.М., Соколенко. В.И., Стародубов Я.Д. Стимулированное магнитными превращениями и переменным магнитным полем изменение механических свойств хрома и сплава ВХ-2К // Тез. докл. ХLII Международ. конф. “Актуальные проблемы прочности”.- Калуга, 2004.- С.119.

Неклюдов И.М., Нетесов В.М., Соколенко В.И. Современные методы направленного изменения структуры и свойств конструкционных материалов при активизации релаксационных процессов // Тез. доклад. Международ. конф. “Физика конденсированного состояния вещества при низких температурах”.- Харьков, 2006.- С.231-232.

АНОТАЦІЇ

Соколенко В.І. Вплив структурних дефектів і напружень на фізико-механічні властивості перехідних металів, сплавів і сполук.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 фізика твердого тіла.- Інститут електрофізики и радіаційних технологій НАН України.- м. Харків.- 2008.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми встановленню зв'язку структури і фізико-механічних властивостей кристалічних тіл, ґратки яких містять атоми перехідних елементів.

Встановлено основні закономірності і фізичні механізми впливу деформаційних дефектів і механічних напружень, які виникають при силових, ультразвукових, термоциклічних і магнітних діях в широкому інтервалі температур, включаючи низькі, а також гартівних вакансій і домішок на електрофізичні і механічні властивості, ефективні мікроскопічні параметри ненадпровідних, надпровідних і магнітоупорядкованих перехідних металів, сплавів і сполук. Досліджені матеріали - Zr, V, Nb, Ta, Cr і Pt, сплави на основі Zr і Cr, керамічні ВТНП YBa2Cu3O7-х и магнітожорсткий магнетик Nd2Fe14B, композити на основі Nb3Sn.

Ключові слова: перехідні метали, сплави і сполуки, деформація, ультразвук, магнітне поле, структурні дефекти, механічні властивості, електроопір, надпровідність, мікроскопічні параметри.

Соколенко В.И. Влияние структурных дефектов и напряжений на физико-механические свойства переходных металлов, сплавов и соединений.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07 физика твердого тела.- Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины.- г. Харьков.- 2008.

Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы установлению связи структурных состояний и физико-механических свойств различных типов кристаллических тел, решетки которых включают атомы переходных элементов.

Выполнены комплексные исследования электротранспорта в интервале температур Тс < T   ( - дебаевская температура, Тс - температура сверхпроводящего перехода) в ОЦК (Nb, Ta) и ГЦК (Pt) переходных металлах, содержащих примеси и собственные дефекты кристаллической решетки (вакансии, дислокации). Развиты методы вычисления эффективных микроскопических параметров реального переходного металла. Получены количественные данные, установлены закономерности и определены механизмы изменений , соотношения процессов рассеяния носителей заряда в основных каналах, параметров энергетических спектров и электрон-фононного взаимодействия, связанные с дефектами кристаллической решетки.

Исследовано влияние дефектных структур, сформированных при низкотемпературной (4,2…20 К) пластической деформации, на сверхпроводящие свойства ОЦК (Nb, V) и ГПУ (Zr) переходных металлов. Показано, что для сверхпроводника со слабой электронной связью (Zr) относительный прирост Тс, обусловленный усилением сверхпроводимости на границах деформационных двойников, более чем на порядок превышает эффект, характерный для сверхпроводника с сильной связью (Nb), что связано с более сильным влиянием деформационных дефектов в Zr на константу межэлектронного притяжения.

Показано, что немонотонное изменение Тс Nb, деформированного при низких температурах, после отжигов в температурном интервале, соответствующем III стадии возврата электросопротивления, связано с изменением электрон-фононного взаимодействия вследствие перемещения на стоки вакансионно-кислородных комплексов и очисткой матрицы.

Установлена общность явления термомагнитной неустойчивости при токовом разрушении сверхпроводимости в гетерогенных моноатомных сверхпроводниках II рода (Nb, V), что связано с термофлуктуационными скачками потока вблизи деформационных границ раздела с более высокими, чем в матрице, значениями локальной плотности критического тока.

Исследована токонесущая способность композитов на основе соединений Nb3Sn различного типа и геометрии при Т=4,2 К в сильных магнитных полях в условиях приложения растягивающего напряжения и определены процессы и механизмы, контролирующие изменение критических токов в зависимости от уровня нагрузки.

Показано, что малоинтенсивное ультразвуковое воздействие приводит к существенному увеличению механической устойчивости керамических ВТСП Y-Ba-Cu-O, магнитожесткого материала системы Nd-Fe-B и комплекса сверхпроводящих и механических свойств композита на основе Nb3Sn. Наблюдаемые эффекты вызваны перераспределением точечных дефектов и микросдвиговой релаксацией внутренних напряжений термической природы.

Исследована усталостная прочность в условиях знакопеременной деформации в интервале температур 4,2…293 К циркония и сплава Zr1Nb. Показано, что преобладание двойниковой моды на начальных этапах циклического нагружения вызывает “аномальное” уменьшение долговечности при снижении температуры испытаний от комнатной до 77 К вследствие накопления усталостных повреждений вблизи границ двойников.

Определены активационные параметры возвратных процессов при отжигах Zr, деформированного при Т = 4,2 К. На примере Zr показано, что для предварительно деформированного металла с изменяющимся по температуре соотношением основных мод пластической деформации после промежуточного отжига на 3-й стадии возврата электросопротивления характерен переход от упрочнения к разупрочнению вследствие снижения эффективности механизма закрепления дислокаций точечными дефектами и усиления их стока на границы двойников.

Установлены основные закономерности протекания процессов пластической деформации и разрушения в температурной области 500…4,2 К монокристаллов Cr различной ориентации с содержанием примесей внедрения 210-2…5.10-4  мас. %. Наблюдаемое в интервале температур Тх>Т?4,2 К (Тх - температура вязко-хрупкого перехода) снижение напряжения хрупкого разрушения Сr связывается с ростом локальных напряжений вследствие различного температурного хода коэффициентов линейного расширения матрицы хрома и включений вторых фаз. Установлено влияние структурных факторов на склонность хрома к двойникованию и двойникования на его механические свойства.

Показано, что многократные фазовые переходы из парамагнитного в антиферромагнитные АF1 и АF2 состояния и в обратном направлении и комбинированная деформация двойникованием с последующим скольжением приводят к снижению Тх монокристаллического хрома на ~20 К, что связывается релаксацией концентраторов напряжений вследствие циклических перемещений межфазных и междоменных границ, волн расширений-сжатий термомагнитной природы .

Установлено, что предварительное воздействие переменным магнитным полем на сплав ВХ-2К в антиферромагнитных АF1 и АF2 состояниях приводит к существенному разупрочнению, а также двухкратному увеличению пластичности при 300 К после воздействия полем в АF2 состоянии, что обусловлено релаксацией концентраторов напряжений и разблокировкой скользящих дислокаций в результате кристаллографически анизотропных магнитострикционных деформаций, более интенсивных в АF2 состоянии.

Ключевые слова: переходные металлы, сплавы и соединения, деформация, ультразвук, магнитное поле, структурные дефекты, механические свойства, электротранспорт, сверхпроводимость, микроскопические параметры.

Sokolenko V.I. The influence of structural defects and stresses on the physical-mechanical properties of transition metals, as well as alloys and compounds.- Manuscript.

Thesis for D. Sc. degree in physics and mathematics on speciality 01.04.07 - solid state physics.- Institute of Electro-Physics & Radiation Technologies, NAS of Ukraine.- Kharkiv.- 2008.

The dissertation is devoted to the solution of the currently urgent scientific problem of solid-state physics, namely, to clarifying the connection between the structure and the properties of crystalline bodies with transition elements as the basis.

Determined are the basic regularities and physical mechanisms of the influence of deformation defects and mechanical stresses generated by force, ultrasonic, thermal-cyclic and magnetic fields at low and moderately low temperatures, quenching vacancies and impurities on the electro-physical characteristics, effective microscopic parameters and mechanical properties of nonsuperconducting, superconducting and magnetic-ordered transition metals, and also of alloys and compounds based on transition elements.

Materials under investigation are Zr, V, Nb, Ta, Cr and Pt, alloys based on Zr and Cr, high-temperature superconducting YBa2Cu3O7-х and hard-magnetic Nd2Fe14B ceramics, Nb3Sn-base composites.

Keywords: transition metals, alloys and compounds, deformation, ultrasonics, magnetic field, structural defects, mechanical properties, electrical resistivity, superconductivity, microscopic parameters.

Размещено на Allbest.ru