книги из ГПНТБ / Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия

скольжении дислокации обычно содержат многочисленные сту­ пеньки. Это также дает основание для предположения о низкой плотности дислокаций леса, в частности лежащих в призматиче­ ских плоскостях.

2.7.3. Механизм взаимодействия с примесями. Базисное скольжение в кристаллах бериллия обычной чистоты, т. е. со­ держащих 99,9—99,99% Be, по-видимому, контролируется взаи­ модействием дислокаций с примесями. На это в первую очередь

ние примесей; 2) из-за низкой растворимости большинства при­ месей в бериллии даже высокочистые кристаллы содержали выделения вторичных фаз. Наряду с взаимодействием дислока­ ций с растворенными примесями они взаимодействуют с части­

активированной области, — взаимодействие дислокаций с при­ месями, по Флейшеру (см. п. 2.5.3). Действительно, если счи­ тать, что суммарная концентрация примесей в твердом растворе обратно пропорциональна относительному остаточному электро­ сопротивлению б, то за исключением области очень низких тем­

прямую линию. В области низких температур становятся суще­

с одной стороны, упругим взаимодействием скользящих дисло­

следнее следует из рис. 1.1. Легко оценить, что с уменьшением

чина несоответствия % по уравнению (2.40) для сплавов Be—Fe равна 2,83. Упрочнение за счет легирования — G.

Как уже отмечалось выше, легирование сильно сказывается

Флейшера это означает, что величина несоответствия для сколь­ жения в базисной плоскости в несколько раз выше, чем в приз­ матической.

1,6

Ь2

в основном упругим взаимодействием дислокаций в параллель­

разность напряжений течения в данном температурном интер­ вале не зависит от деформации, т. е. величина T G контроли­ руется плотностью скользящих дислокаций. Наоборот, у цинка

оценить плотность скользящих дислокаций в начале процесса.

пределены неравномерно; при образовании диполей и скоплений основной вклад в поле внутренних напряжений вносят не все дислокации, а лишь избыток дислокаций одного знака в скопле­ ниях (см. пп. 2.7.5 и 4.7).

Вклад упругого взаимодействия дислокаций а с дислокация­

ность таких дислокаций в бериллии при низких температурах мала, и поэтому величина т£ незначительна. С ростом темпе­ ратуры и уменьшением размера зерна, когда система пирами­ дального скольжения {1122}<1123> становится более актив­ ной, вклад механизма Базинского возрастает. Но у бериллия, в отличие от цинка и кадмия с развитым пирамидальным сколь­ жением, этот механизм, по-видимому, играет небольшую роль.

2.7.5. Природа деформационного упрочнения при базисном скольжении. Существующие теории деформационного упрочне­ ния следует разделить на две группы. Одни из них, берущие на­ чало от работы Тейлора [66], основаны на предположении о преимущественном увеличении при деформации поля дальнодействующих напряжений. Другими словами, рост напряжений при деформации происходит вследствие преобладающего уве­ личения атермической компоненты T G . В свою очередь, T G может расти за счет упругого взаимодействия скользящих дислокаций между собой (механизм Зегера) или с дислокациями леса (ме­ ханизм Базинского). Согласно другой группе теорий, упрочне­ ние при деформации вызвано близкодействующим взаимодейст­ вием, т. е. ростом т* [44, 67—70].

Учитывая, что отношение т*/т0 не меняется с деформацией, Коттрелл и Стоке [30, 59] пришли к выводу, что обе компо­ ненты деформации обусловлены взаимодействием скользящих дислокаций с дислокациями леса (теория Базинского и др.). В дальнейшем было обнаружено, что закон Коттрелла — Стокса

Согласно экспериментальным данным, в процессе деформа­ ционного упрочнения увеличиваются обе компоненты напряже­

Из-за ограниченной пластичности бериллия у него наблюдается только стадия-А деформации (у кристаллов высокой чистоты — иногда также и стадии В, см. рис. 1.4). Абсолютные значения коэффициентов упрочнения и деформации, при которых проис-

ходит переход от стадии А к стадии В, зависят от типа метал­ ла, а также от чистоты, структурного совершенства и ориента­

базисного скольжения при температуре, близкой к комнатной,

взаимодействии скользящих дислокаций в параллельных плос­

испущенных ими дислокаций.

Базинский [28], исходя из представлений об упругом взаи­

При комнатной температуре упрочнение мало, потому что пере­ сечение дислокаций а, движущихся в базисной плоскости, с другими дислокациями или растворенными атомами не сопро­ вождается образованием неподвижных порогов. Этот вид де­

расхождение экспериментальных результатов с расчетными, по всей вероятности, связано либо с влиянием примесей, либо с особенностями образования диполей и скоплений. Вследствие низкой растворимости примесей в бериллии их влияние на ха­ рактеристики пластической деформации должно быть макси­ мальным по сравнению с другими металлами. Увеличение упроч­ нения под влиянием примесей при низких температурах можно объяснить трудностями поперечного скольжения, необходимого для преодоления выделений. Примеси способствуют образова­ нию петель в результате взаимодействия дислокаций с выделе­ ниями вторичных фаз. Этот процесс также зависит от темпера­ туры. По мнению авторов работы [71], рост упрочнения мо­ жет быть связан с торможением не скользящих дислокаций, а

Для окончательного выяснения роли примесей в упрочнении бериллия при базисном скольжении необходимо определить активационный объем в зависимости от содержания примесей и

Если окажется, что плотность и величина диполей и петель, а также характер скоплений будут меняться с температурой де­ формации, то это можно будет связать с температурной зави­ симостью упрочнения. Что касается поля напряжений, связан­ ного с накапливанием дислокаций в процессе деформации, то оно определенно связано с взаимодействием скользящих дисло­ каций между собой.

При комнатной температуре винтовые дислокации в базис­

механизму Базинского отсутствует или слабое. Краевые компо­ ненты взаимодействуют друг с другом, образуя диполи. Наибо­ лее вероятным механизмом их образования является модель Тетельмана [72].. Поскольку поле диполя близкодействующее,

упрочнение при деформации связано не со всеми дислокациями (как считает Зегер), а с избытком краевых дислокаций одного знака в скоплениях (механизм Хирша и Лелли, см. п. 4.7). Осо­ бенностью бериллия по сравнению с другими металлами яв­ ляется наличие скольжения во вторичных системах и образова­

Согласно двум альтернативным точкам зрения, призматическое скольжение контролируется либо преодолением барьеров Пайерлса — Набарро, либо поперечным скольжением. Применитель­ но к бериллию эти два подхода нашли отражение в работах Тинта и Германа [62], Конрада и Перлмюттера [26] (механизм Пайерлса — Набарро), Ренье и Дюпуи [41, 42] (модифициро­ ванный механизм поперечного скольжения).

Температурная зависимость напряжений Пайерлса — Набар­ ро для недиссоциированных дислокаций, движущихся в плоско­

и Дюпуи, касающиеся призматического скольжения в бериллии,

Увеличение T^nfo) с ростом температуры не может быть свя­ зано также и с механизмами влияния примесей или других пре­ пятствий в кристаллах. Влияние примесей можно исключить по следующим соображениям: 1) дислокации с вектором Бюргерса а обеспечивают и базисное, и призматическое скольжение; однако у кристаллов одинаковой чистоты аномалия на темпера­ турной зависимости критических напряжений имеется лишь в

тического скольжения в чистом бериллии не обнаружено ника­ ких типичных проявлений примесного механизма: ни «зуба теку­ чести», ни эффекта Портевена — Ле Шателье; различные виды термообработки исходных кристаллов (длительный нагрев до высоких температур с медленным охлаждением, закалка и ста­

блокирования дислокаций; 4) механизм, связанный с приме­ сями, не объясняет ни наличие интенсивного поперечного сколь­ жения, ни температурную зависимость т"1 0 у0 ) (см. рис. 1.8).

Перечисленные соображения позволяют исключить также и другие известные механизмы преодоления препятствий. В соот­ ветствии с рассмотренными ранее представлениями дислокации преодолевают препятствия под действием внешних сил и тепло­ вой активации. С ростом температуры в результате тепловой активации напряжение, необходимое для преодоления препятст­ вий, уменьшается. Таким образом, предположение, что сопро­ тивление движению дислокаций увеличивается с ростом темпе­ ратуры, противоречит принципу термической активации. Обычно рассматриваемые локальные препятствия не возникают с повы­ шением температуры, поэтому рост ^(1 0 т0 ) в области В (кривая 3

рИС. 1.8) НеЛЬЗЯ объЯСНИТЬ ЭТОЙ МОДеЛЬЮ. Увеличение ^( І 0 ї 0 ) с температурой означает, что существует некоторый термически активируемый механизм, который вызывает закрепление дисло­ каций, усиливающееся с ростом температуры. Поскольку тем­ пературная зависимость т"1 0 -]0 ) нормальная, а Т(1 0 у0 ) аномаль­ ная, можно полагать, что этот механизм связан с особенностя­ ми в поведении самих дислокаций, которые после некоторого

на рис. 1.8). Следует, однако, учитывать, что при расчетах на­ пряжений Пайерлса—Набарро для дислокаций а в призмати­ ческой плоскости они считались неднссоципрованными, тогда как из представлений Ренье и Дюпуи следует, что дислокации

усложняется. При достижении напряжения, соответствующего прецизионному пределу текучести Т( ] О г 0 )> в призматических плоскостях начинают работать источники, испускающие петли. Однако теперь тепловые колебания достаточны для поперечного скольжения винтовых участков петли из призматической плоско­ сти в базисную при условии, что петля достигает некоторого критического размера. После такого перехода винтовые участки вновь диссоциируют в базисной плоскости и закрепляют петлю 2 (рис. 2.7, а); краевые участки продолжают скользить в приз­ матической плоскости до выхода на поверхность. Из сказанного ясно, что закрепление петель носит термически активированный характер. Первая закрепленная петля создает напряжение у источника, и для испускания второй петли необходимо увели­ чить напряжение. Вторая петля, следуя за первой, в свою оче­ редь, переходит из призматической плоскости в базисную и диссоциирует. В результате многократного повторения процесса образуется скопление дислокаций (см. рис. 2.7,6), источник истощается, упрочнение оказывается очень большим. Этот про­ цесс соответствует участку кривой деформации между т (юГо)

их (юГо)-

По мере роста напряжений число скоплений увеличивается, упругие напряжения, созданные этими скоплениями, возрастают.

1Значение энергии активации в работе [26] получено на основании весьма приближенной оценки.

2Напомним, что ориентация образцов при растяжении такова, что каса­ тельные напряжения в плоскости (0001) близки к нулю. Поэтому после пере­ хода в базисную плоскость и диссоциации дислокации остаются непод­ вижными.

Когда составляющая этих напряжений в базисной плоскости превысит ^oooi)' винтовые компоненты начинают скользить в плоскости (0001) и источник может испускать новые петли.

і

Tlllrninrmtm

-щщ

ствии касательной компоненты приложенных напряжений вдоль этой плоскости. Поскольку закрепление петель происходит по термически активируемому механизму, а их открепление не зависит от температуры, макроскопический предел текучести слабо зависит от скорости деформации.

Термически активированный характер закрепления петель имеет и другое следствие: чем выше температура, тем легче и тем раньше осуществляется переход дислокации из призматиче­ ской плоскости в базисную. Следовательно, тем короче путь скольжения. В результате головная дислокация закрепляется