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

27.-Гилман Д . Д . В сб.: Атомный механизм разрушения. Перев. с англ. М., Металлургнздат, 1963, с. 220.

28.Lalevic В. J. Metals, 1968, 20, No. 1, p. 84А.

29.London G. J., Damiano V. V . Biannual Report, 1968, Franklin Institute Re­

30.Кузнецов В. Д . Поверхностная энергия твердых тел. М., Гостехнздат, 1954.

38.Смирнов Б. И., Ярошевич В. Д . В кн.: Физическая природа хрупкого разрушения металлов. Киев, «Наукова думка», 1965, с. 6.

39.Иванова В. С. В кн.: Роль дислокации в упрочнении и разрушении ме­ таллов. М., Металлургнздат, 1963; Иванова В. С. и др. В кн.: Роль

дислокации в упрочнении и разрушении металлов. М.. «Наука», 1956.

40.Трефилов В. И. В кн.: Физические основы прочности и пластичности ме­ таллов. М., Металлургнздат, 1963, с. 190.

41 . Разрушение твердых тел. Сб. статен. Перев. с англ. М., «Металлургия», 1967.

42.Петч Н. Д . В сб.: Успехи физики металлов. Т. 2. Перев. с англ. М., Ме ­ таллургнздат, 1958, с. 7.

64.Bell R. L., Cahn R. W. Proc. Roy. Soc. A, 1957, 239, p. 494.

65.Гарбер P. И. и др. «Физ. металлов и металловедение», 1955, 1, с. 529.

66.Стро А. В сб. [27], с. 138.

Г л а в а

4

С Р А В Н И Т Е Л Ь Н Ы Й А Н А Л И З П Л А С Т И Ч Е С К О Й Д Е Ф О Р М А Ц И И М Е Т А Л Л О В

СГ Е К С А Г О Н А Л Ь Н О Й П Л О Т Н О У П А К О В А Н Н О Й

СТ Р У К Т У Р О Й

Глубокое понимание природы пластической деформации бе­ риллия возможно лишь на основе сравнительного анализа про­ цессов деформации металлов с г. п. у.-структурой. Такой анализ позволяет существенно расширить представление о характере разных видов деформации и проливает свет на многие особен­ ности в поведении бериллия, которые долгое время не имели объяснения.

Группа металлов с г. п. у.-структурой включает в себя глав­ ным образом редкие элементы (табл. 4.1), многие из которых

до сих пор не получили широкого применения. Исключение со­ ставляют Cd, Zn, M g , Zr, Ті и Со. Из-за анизотропии свойств и

.разнообразия возможных видов дислокационных взаимодейст­ вий пластическая деформация этой группы металлов изучена хуже по сравнению с металлами, имеющими г. ц. к.- или о. ц. к.-структуру. Лишь в последнее время благодаря увели­ чению областей применения некоторых металлов с г. п. у.-струк­ турой интерес к ним заметно возрос. Лучше других металлов исследованы Cd, Zn, M g , Be, Zr и Ті. Наряду с серией ориги-

Учитывая, что до последнего времени большая часть обзорных работ носила описательный характер, эта глава посвящена в основном анализу общих закономерностей и механизмов пла­ стической деформ ацп и.

Особенностью большинства металлов с г. п. у.-структурой является низкая пластичность. Это — одна из главных причин, сдерживающих их производство и техническое применение. Между тем благодаря редкому сочетанию других физических свойств и механических характеристик применение металлов этой группы в новых отраслях техники может дать большой

минимальной энергии дислокации, которая, как известно, про­ порциональна Ь2, Франк и Николас [9] определили типы дисло­ каций в металлах с г. п. у.-структурой. Здесь мы будем поль­ зоваться более простой системой обозначений, предложенной Бергезаном и др. [10] .

4.1.1. Полные дислокации. Имеется три типа стабильных полных дислокаций в металлах с г. п. у.-структурой (рис. 4.1):

АВ = а=1/з<1120>

5Т=с"=<Ш/>

А0 = с + а = 1/з<П23>

т

Рис. 4.1. Стандартный тетраэдр для металлов с г. п. у.- структурой, характеризующий возможные типы дислока­ ций.

И * 163

4.1.2. Частичные дислокации. Расчеты упругой энергии ди­ слокаций показывают, что в некоторых случаях можно достичь выигрыша энергии при диссоциации дислокации с вектором Бюргерса b на частичные bi и Ь2 с образованием полосы дефек­ та упаковки между ними [12]. Действительно, энергия полной дислокации Н может оказаться выше суммы энергий частичных дислокаций ( \bi\ 2 + |6г[2 <\Ь|2 ) и дефекта упаковки у при усло­ вии, что сила отталкивания между частичными дислокациями достаточно велика, а величина у не очень высокая.

Как известно, сила взаимодействия двух частичных дислока­ ций пропорциональна произведению их векторов Бюргерса:

зом, в случае диссоциации полной дислокации ширина дефекта упаковки определяется соотношением

Диссоциация дислокаций оказывает сильное влияние на меха­

ние в плоскости диссоциации дислокации.

До последнего времени считалось, что в гексагональных ме­ таллах возможны три типа частичных дислокаций: 1) шесть дислокаций Шокли типа Аа, обозначаемых р; 2) четыре дисло­ кации •— с типа oS; 3) двенадцать дислокаций - ^ - с + р типа

AS. Очевидно, дислокация типа АВ может диссоциировать в ба­ зисной плоскости на две частичные по реакции (см. рис. 4.1)

д Я ^ - а 2 — — а2 = — а2 .

33

Внастоящее время предполагается, что дислокации типа АВ

способны также диссоциировать в плоскостях {1010} (см. п. 2.8 и 4.5).

Из других возможных типов диссоциаций полных дислока­

Возможны также несколько видов диссоциации частичных ди­ слокаций. Диссоциация типа

выигрыш энергии, хотя и равен О,

тем не менее этот процесс возможен благодаря последующей диссоциации дислокации АВ по реакции (4.4).

Некоторые типы частичных'дислокаций, связанных с дефек­ тами упаковки в базисной плоскости, приведены на рис. 4.2.

б\А

Рис. 4.2. Частичные дислокации и дефекты упа­ ковки в металлах с г. п. у.-структурой.

когда два одинаковых слоя находятся в контакте друг с другом. Такого рода дефекты упаковки обладают обычно высокой энер­

содержит участок, в котором три одинаково упакованные пло­

венно при конденсации на базисной плоскости вакансий или внедренных атомов.

При экспериментальном изучении тонких фольг удалось' на­ блюдать многие из перечисленных типов дислокаций н дефектов упаковки, а также их взаимодействие друг с другом [10, 13— 15].

4.2. С и с т е м ы скольжения

В отличие от определения векторов Бюргерса полных дисло­ каций предсказание плоскостей их скольжения и особенно от­ носительной легкости сдвига в разных системах вызывает зна­ чительные трудности. В принципе все плоскости, входящие в зо­ ну направления вектора Бюргерса полной винтовой дислокации, могут быть возможными плоскостями скольжения. Однако эк­ спериментальные наблюдения указывают на то, что скольжение реализуется главным образом вдоль плоскостей с максимальной ретикулярной плотностью, т. е. плоскостей с малыми индексами пли максимальными межплоскостными расстояниями. Для объ­ яснения этого факта предложено несколько теорий, основанных на двух разных подходах. В основе первого лежит анализ энер­ гий дислокаций и сил Пайерлса — Набарро: скольжение дисло­ каций наблюдается только вдоль плоскостей с малыми индек­ сами, потому что эти плоскости находятся на большом расстоя­ нии друг от друга, так что силы Пайерлса — Набарро для них невелики (см. п. .4.3). Согласно второму подходу, плоскости с малыми индексами — это плоскости, в которых полные дислока­ ции способны диссоциировать с образованием дефекта упаков­ ки, имеющего не очень высокую энергию (см. п. 4.5).

Иногда для сравнения различных систем скольжения исполь­ зуют также чисто геометрический анализ с учетом критерия критических напряжений сдвига. Примером такого подхода яв­ ляется работа [16].

Прежде чем переходить к анализу относительной легкости различных видов скольжения, основанному на указанных моде­ лях, рассмотрим возможные системы скольжения, исходя из критерия максимальных межплоскостных расстояний. В метал­ лах с г. п. у.-структурой принципиально возможны следующие системы скольжения (табл. 4.3): базисная (1), призматическая (2), пирамидальная первого (3) и второго (4) рода, ортого­ нальная (5). Плоскости (0001) и {1122} заполнены ровными ря­ дами атомов, тогда как плоскости {1010} и {1011} являются

«волнистыми», т. е. ближайшие соседи находятся в них на раз­ ных уровнях. Это обстоятельство обычно учитывают при рас­ смотрении легкости скольжения: хотя среди пирамидальных

Из пяти указанных в табл. 4.3 систем скольжения до по­ следнего времени экспериментально наблюдались только первые четыре. Дислокации с вектором Бюргерса с обычно представ­ ляют собой сидячие призматические петли, лежащие в базисной плоскости и перемещающиеся только за счет переползания. Имеется несколько сообщений относительно обнаружения систем скольжения, отличающихся от перечисленных в табл. 4.3. По нашему мнению, все эти сообщения недостаточно обоснованы и нуждаются в проверке.

Характеристики пластического течения и относительная лег­ кость скольжения существенно меняются от металла к металлу. Имеется система наиболее легкого скольжения, называемая главной или основной. У Zn, Cd, M g и Be при нормальных условиях главной системой является базисная, у Ті и Z r — призматическая. Другие системы скольжения называют вторич­ ными или дополнительными (табл. 4.4).