Смолянець Р. В. Механізми пластичної деформації нанокристалічного титану, отриманого кріомеханічною фрагментацією зерна

Дисертація присвячена вивченню закономірностей пластичної деформації об’ємного нанокристалічного (НК) титану технічної чистоти ВТ1-0 з моно- та гетерогенною (бімодальною) мікроструктурою в інтервалі температур 4,2 – 395 К з метою з’ясування механізмів пластичної деформації. Досліджуваний НК стан з розміром зерна в діапазоні 80 – 35 нм був отриманий вперше завдяки використанню оригінального методу кріомеханічної фрагментації зерна з застосуванням кріовальцювання при температурі рідкого азоту та подальшого відпалу при відповідних температурах. На основі одержаних при квазістатичному розтязі деформаційних діаграм НК титану (металу з ГЩУ кристалічною ґраткою) була визначена залежність їх основних характеристик, таких як умовна межа плинності σ0,2, швидкість деформаційного зміцнення  = (σ/e)è і відносне подовження до руйнування (резерв пластичності) f від температури, розміру зерна та характеру розподілу в інтервалі температур 4,2 – 395 К. Встановлено, що обумовлена зернограничним (ЗГ) зміцненням залежність межі плинності від розміру зерна d в діапазоні 35 нм – 20 мкм відповідає класичному співвідношенню Холла-Петча σ0,2(d–1/2) при кімнатній і підвищених температурах та порушується при низьких температурах. Запропоновано наукове обґрунтування виконання співвідношення Холла-Петча в широкому інтервалі температур. При цьому фізичні механізми ЗГ зміцнення при низьких температурах пов'язані виключно з активністю ЗГ дислокаційних джерел. Виявлена низькотемпературна особливість ЗГ зміцнення у випадку НК титану (d ~ 80 – 35 нм), яка спостерігається як «позитивне» відхилення від співвідношення Х-П в бік більш високих значень σ0,2, пояснюється появою залежності діаметра дислокаційної петлі ЗГ джерела від розміру наномасштабного зерна, а напруження її зародження є обернено пропорційним його розміру σ ~ 1/d. Виконано термоактиваційний аналіз експериментальних значень температурних залежностей межі плинності і швидкісної чутливості НК титану з середнім розміром зерна в декілька десятків нанометрів (35 нм і 45 нм) та мономодальним розподілом їх за значенням в інтервалі температур 4,2 – 395 К на основі теорії термічно активованого руху дислокацій в площині ковзання. Встановлено відносний вплив на кінетику такого руху локальних бар’єрів (домішкових атомів) і обумовлених границями зерен внутрішніх напружень. Визначено контролюючий механізм пластичної деформації НК титану. Визначено фізичний механізм підвищення резерву пластичності f НК титану з бімодальною мікроструктурою, що не спостерігається у випадку мономодального НК стану. Виявлена особливість залежності f(Т) розглядається як результат поєднання декількох процесів: дислокаційного ковзання, екстраординарного динамічного зростання зерен під дією розтягувальних напружень і активізованого нанодвійникування у виниклих зернах субмікронного і мікрометрового розмірів. Одержані результати вказують на важливу роль нанодвійникування у процесі деформації НК ГЩУ металів з бімодальною мікроструктурою, яка стає більш значною при низьких температурах.