Исследование анизотропии свойств поликристалла на основе текстурных данных

Представлены результаты исследования взаимосвязи кристаллографической текстуры поликристаллических материалов и анизотропии их физико-механических свойств. Приведен обзор методов расчета анизотропных свойств поликристаллов на основе данных, полученных рентгеновскими методами прямых и обратных полюсных фигур. Расчетные методы, основанные на применении функции распределения ориентировок кристаллитов, требуют использования больших объемов экспериментальных данных, поэтому они не пригодны для экспресс-оценки уровня анизотропии физических свойств образцов при их термомеханической обработке. Предложена методика для определения анизотропных свойств, использующая «ориентационные факторы». С помощью экспериментальных данных рентгенографического анализа (метод обратных полюсных фигур) получены выражения для расчета абсолютного и относительного отклонений физического параметра текстурированного поликристалла от его значения в изотропном состоянии. Оценены вклады отдельных кристаллографических ориентировок в формирование анизотропии свойств образца. Исследована динамика количественных изменений анизотропных свойств поликристалла в процессе текстурообразования. Для анализа источника наиболее быстрых изменений анизотропии свойств использовали коэффициенты матрицы «отклика», расчет которых не зависит от результатов конкретных дифрактометрических измерений, а является общим для всех металлов с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) — решеткой. Расчет анизотропии коэффициента теплопроводности, удельной электропроводности и температуропроводности выполняли для образцов деформированного иттрия, прошедших холодную прокатку со степенью обжатия е = 25 %. Установили, что конечные физические свойства поликристалла с ГПУ-структурой в значительной степени определяются пирамидальными кристаллографическими ориентировками {1015}, {1124}.

поликристаллы, текстура, анизотропия, структура, деформация, редкоземельные металлы, рентгеновский анализ, дифракция

1. Kocks F., Tome С, Wenk H.-R. Texture and Anisotropy. Preferred Orientations in Polycrystals and Their Effect on Material Properties. — Cambridge University Press. 2000. — 676 p.

2. Hielscher R., Mainprice D., Schaeben H. Material Behavior: Texture and Anisotropy. In: Freeden W, Nashed M., Sonar T. (eds). Handbook of Geomathematics. — Berlin: Springer, 2010. P 973 - 1003. DOI: 10.1007/978-3-642-01546-5_33.

3. Адамеску P. А., Гельд П. В., Митюшов Е. А. Анизотропия физических свойств металлов. — М.: Металлургия, 1985. —136 с.

4. Wenk H.-R., Van Houtte P. Texture and anisotropy / Rep. Prog. Phys. 2004. Vol. 67. N 8. P 1367. DOI: 10.1088/00344885/67/8/R02.

5. Михеев В. А., Зайцев В. M. Анизотропные материалы. — Самара: Самарский гос. аэрокосмический ун-т, 2012. — 79 с.

6. Золоторевский Н. Ю., Рыбин В. В. Фрагментация и текстурообразование при деформации металлических материалов. — СПб.: Изд-во политех, ун-та, 2014. — 208 с.

7. Бецофен С. Я., Ильин А. А., Скворцова С. В., Филатов А. А., Дзунович Д. А. Закономерности формирования текстуры и анизотропии механических свойств в листах титановых сплавов / Металлы. 2005. № 2. С. 54 - 62.

8. Ohta К., Nishihara Yu., Sato Yu., Hirose К., Yagi Т., Kawaguchi S., Hirao N., Ohishi Ya. An Experimental Examination of Thermal Conductivity Anisotropy in hep Iron / Frontiers in Earth Science. 2018. Vol. 6. N 176. P 1 - 15. DOI: 10.3389/ feart.2018.00176.

9. Luzin V, Gnaupel-Herold Т., Prask H. Evaluation of local and global elastic properties of textured polycrystals by means of FEM / Material science forum. 2002. P 407 - 412.

10. Бородкина M. M., Спектор Э. H. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1981.—272 с.

11. Колбасников Н. Г. Физические основы пластической обработки металлов. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. — 268 с.

12. Иванов А. Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. — М.: МИСИС, 2009. — 22 с.

13. Фарбер В. М., Архангельская А. А. Дифракционные методы анализа. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. — 113 с.

14. Ivanova Т. М., Savyolova Т. I., Sypchenko М. V The Modified Component Method for Calculation of Orientation Distribution Function from Pole Figures / Inverse Problems in Science and Engineering. 2010. Vol. 18. P 163 - 171.

15. Паромов В. В. Изучение текстур металлических листов методом прямых полюсных фигур. — СПб.: Петербургский гос. политех, ун-т, Ин-т металлургии, машиностроения и транспорта, 2013. — 35 с. DOI: 10.18720/SPBPU/2/idl7-8.

16. Серебряный В. Н., Куртасов С. Ф., Литвинович М. А. Изучение ошибок ФРО при обращении полюсных фигур с использованием статистического метода гребневых оценок / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 4. С. 29 - 35.

17. Иванкина Т., Маттис 3. О развитии количественного текстурного анализа и применении его в решении задач науки о земле / Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2015. Т. 46. Вып. 3. С. 665 - 758.

18. Митюшов Е. А., Одинцова Н. Ю., Берестова С. А. Формальная схема расчета эффективных упругих свойств текстурированных металлов / Математическое моделирование систем и процессов. 2003. № 11. С. 76 - 80.

19. Гречников Ф. В., Ерисов Я. А. Разработка критерия пластичности для расчетов формообразования высокотекстурированных анизотропных заготовок / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. № 1(32). С. 94 - 99.

20. Трусов П. В., Швейкин А. И. Многоуровневые физические модели моно- и поликристаллов. Статистические модели / Физическая мезомеханика. 2011. Т. 14(4). С. 17 - 28.

21. Горелик С. С, Скаков Ю. А., Расторгуев Л. Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. — М.: МИСИС, 2002. — 306 с.

22. Adamesku R. A., Grebenkin S. V, Stepanenko А. V Texture and Deformation Mechanism in Yttrium / Physics of Metals and Metallography. 1992. Vol. 74. N 5. P 535 - 537.

23. Степаненко А. В. Текстурообразование при осадке и рекристаллизационном отжиге гадолиния / Успехи современной науки и образования. 2016. Т. 3. № 6. С. 85 - 88.

24. Зиновьев В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. — М.: Металлургия, 1989. — 384 с.