Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
21.54 Mб
Скачать

у M g — м е ж д у 80 и

125 эрг/см1;

у

Со,

имеющего фазовое пре­

вращение г. п. у . - ю . ц. к., величина

у

низкая ( ~ 20—26' -эрг/см2

[113, 135]).

 

 

 

 

 

Относительную легкость скольжения обычно связывают с ма­

лой энергией дефектов упаковки в плоскости

скольжения.

Исходя из таких представлений

легкость базисного

скольжения

в Cd, Zn, M g п Со

можно объяснить относительно

небольшими

значениями энергии

дефекта упаковки

в плоскости

(0001). Но

с этой точки зрения трудно интерпретировать преимущественное

базисное

скольжение

в

Be, у

которого

величина

у

велика.

У Zr,

Ті

и

Ш величина у

высокая

(например,

у

Zr у =

= 220

эрг/см2

[141]),

и

базисное скольжение в этих

 

металлах

развито слабо. Однако у Ru и Os величина у, по Зегеру, должна быть низкой, а основной вид деформации — призматическое скольжение. У Т1 у, вероятно, низкая, а активность базисного скольжения сравнима с призматическим.

Таким образом, ни гипотеза, основанная на оценке сил Пайерлса — Набарро с учетом упругой анизотропии, ни дис­ социация дислокаций в базисной плоскости не позволяют объяс­ нить возможные виды н особенно легкость скольжения для всех металлов с г. п. у.-структурой.

Ренье п Дюпуи [123, 124] расширили представления о воз­ можных видах диссоциации дислокаций и предложили модель пластической деформации, охватывающую большую часть экс­ периментальных наблюдений. Эта модель, в основе которой лежит предположение о возможности диссоциации дислокации не только в базисной, но и в других плоскостях решетки, зна­ чительно полнее описызает реальный характер деформации. В приложении к бериллию эта модель описана в п. 2.8. Здесь она распространена на другие металлы.

4,5.2. Диссоциация дислокаций в призматической плоскости. Рассмотрим возможные виды диссоциации дислокаций в пло­ скости призмы. Для оценки такой возможности используют данные по двойникованню или фазовым превращениям в изучае­ мых кристаллах, а также модель твердых шаров.

Двойникование

по призматической плоскости в кристаллах

с г. п. у.-структурой

никогда не наблюдалось, поэтому . связан­

ные с ним частичные дислокации обычно не рассматриваются.

Розенбаум [142] и Тайсон

[111], взяв за основу модель твердых

шаров, предложили следующий

вариант диссоциации:

 

- L[1120]

- L [ 2 4 B 3 ] + - ^ - [ 4 2 6 3 ] ,

(4.23)

<J

Jo

18

 

однако при этом дефекты упаковки должны иметь очень высо­ кую энергию, и такая диссоциация, если она и имеет место, очень невелика [111, 123, 124].

При

фазовом переходе г. п. у.-»-г. ц. к. (например,

у

Со)

возможна

классическая диссоциация в плоскости базиса

с

обра-

Рис. 4.3. Соответствие плоскостей при фазовом переходе г. п. у.-»-о. ц. к.
[123]:
(0001) г. п. у . — • ( П О ) о. ц. к.; (1010) г. П ; _ у . — ( П О ) , (112) о. ц. к.; [11201 г. п. у , — [ 1 1 1 ] о. ц. к.; [00011 г. п. у.—^Г1101 о. ц. к.

зованием двух дислокаций Шоклп [см. уравнение (4.4)], но диссоциация в плоскости призмы не рассматривается из-за отсутствия каких-либо простых корреляций между плоскостью

(1010) в

г. п. у.-структуре

и

любой

плоскостью

в і', ц. к.-струк­

туре.

 

 

 

 

 

 

Наиболее конструктивным

в этом отношении является анализ

фазового

превращения

типа

г. п. у . - ю . ц. к. Две

призматические

плоскости

системы {1010}

в

г. п. у.-структуре можно поставить

в соответствие двум

плоскостям

{112} в

о. ц. к.-структуре

(рис. 4.3). Характеристики такого соответствия для плоскостей, направлении и межплоскостных расстояний следующие:

г. п. у. > о. ц. к. (0001) (100)

( і о ї о , г

К!2!

\

(112)

г. п. у.

—*о. ц. к.

г. п. у. — о.

ц. к.

[1120]

 

>

а'УЗ/2

[0001]

110]

 

 

На рис. 4.4 показана схема упаковки атомов в кристалло­ графических плоскостях двух рассматриваемых структур. Срав­ нение этих упаковок позволяет выя­ вить два варианта дефектов, соответ­ ствующих перестройке двух соседних плоскостей (1010) в г.п.у.-структуре в две плоскости (112) в о. ц.к.-структуре путем простой трансляции. Дефект упа­ ковки образуется либо между плоско­

стями А и В,

либо

между плоскостями

Б и С (см.

рис.

4.4, е, г) [123, 124].

В первом случае необходима трансля­ ция а/6, во втором — а/3. Таким об­ разом, два возможных типа диссоциа­ ции следующие:

а -I

6

а или а •

3

 

 

 

 

 

Репье и Дюпуи считают, что второй вид диссоциации более вероятен, по­ скольку сила отталкивания между двумя частичными дислокациями боль­ ше, а атомные искажения меньше. Кстати, по Коттреллу и Билби [143], такой дефект соответствует образова­ нию одноатомной по толщине двойни­ ковой прослойки в о.ц.к.-структуре.

Сравним теперь выигрыш в энер­ гии, который можно получить при диссоциации дислокаций в

плоскостях призмы и базиса. В общем случае (с учетом анизо­ тропии упругости) выигрыш в энергии составляет [124]

АН = a In (а/егу),

(4.24)

где а — константа, зависящая от упругих постоянных [106]; е — основание натуральных логарифмов. Значения величины а приведены в табл. 4.9. Очевидно, диссоциация возможна лишь

 

2

[1120]

П И

 

А-х- : - ф - Х ft Ч ft

- х - ф

ф - х -

 

 

Л - х -

 

А В С D А В

о- А

х

 

+- в

—о

 

 

 

гпу 0.ЦІ.П у

и

• +

ф - Х А . Х » Х И м — ф

 

—Д-х (Ьх ф

 

( J K

X Э (ДХ g)

А 8 СОЕ FA 8

О -

А

 

+ -

fl

 

х -

С

 

J

г . л у

оц.к

г.пу

Гі

 

г

т

 

I

 

Фі

9 |

Фі

 

 

 

 

•f*

I X — ф

фх—Ax-

+

C^x—4 ix-

+

+ 4

х-4>—х-ф

 

 

<•<

рх—Дх ГД)і ф

 

 

 

о -

А

х-С'

J

6

6

+ -В

•-/?

Ав' CD А В

РИС. 4.4. Соответствие упаковок плоскостей в г. п. у.- и о. ц. к.-структурах

[123]:

а — совокупность

призматических

плоскостей

в г. п. у . - структуре;

б — совокупность

пло­

скостей (112) в о. ц. к . - структуре;

а — д е ф е к т

упаковки

111201

в

призматической

пло -

 

 

 

 

 

18

 

 

 

скости;

е — д е ф е к т упаковки

[1120] в призматической

плоскости.

 

9

Значения а для краевых и винтовых дислокаций* [123, 124]

Вид дислокации

Винтовая

Краевая

*Значення

-( 4 . і 8 ) . ;

Диссоциация

в

плоскости

 

Диссоциация

в плоскости

(1 ОГО)

по

реакции

 

 

( 0 0 0 1 ) : b - i - 2

дислокации

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

b - —

 

 

b +

b

 

Шоклн

 

з

 

 

-

 

з

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

« ( 0 0 0 1 ) - —

[ Т -

а ( 1 0 1 0 ) = — — Ь-

 

^ К ( 0 0 0 1 ) 1

 

 

 

 

 

9 л

 

 

12

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fe2

 

( 0 0 0 1 )

« ( . о Г о ) -

 

 

 

°9 л

>

W

« ( о о о і ) - — |_

4

К

к

( ,

і<»_"

 

 

 

Г о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

/\в , ^ц(оооі)

 

1 1

( ю Г о )

" а

х о д я т 1 , 3 • соотношении

( 4 . 1 6 ) —

при условии Д Я > 0 , т. е. когда энергия дефекта упаковки ниже предельного значения - у м а к с = а/е/\ Оценка показывает, что дис­ социация дислокаций в призматической плоскости очень веро­ ятна ( у м а к с достаточно велико, примерно G6/75).

Представляет интерес сравнить соотношение выигрышей

энергии

при диссоциации

дислокаций

в призматической и

базисной плоскостях Д#( 1 0 - 7 0 )/Л# ( 0 0 0 1 )

в зависимости от отношения

С О О Т В е Т С Т В у Ю Щ ИХ Э Н е р Г И Й Д е ф е К Т О В

у П а К О В О К T ( i o 7 o ) / V ( 0 0 0 1 >• ^ а

рис. 4.5 приведены результаты соответствующих

расчетов для

металлов

с г. п. у.-структурой при одном

фиксированном

значе­

нии "V(oooi) = °-8V(oooir B l | A H 0 -

что при условии т ( і о

Т о ) = у ( 0 0 0

1 ) дис­

социация дислокации в призматической плоскости всегда дает

больший

выигрыш в энергии, чем в базисной

(АЯ(ю1о)'/ '^^(ооо1)

>

> 1 ) . Особенно

сильно

это проявляется

у

ТІ, для

которого

А Я ( і о і о ) / Д Я ( о о о і ) = 1

4 2

п р и т ( 1

о Г о ) / у ( 0 0 0 1 ) = 1.Такимобразом,оценка

на

основе

теории

упругости

показывает,

что диссоциация

дис­

локаций

в

призматической

плоскости может

быть

даже

бо­

лее

выгодной,

чем

классическая

диссоциация

в

плоскости

базиса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5.3.

Диссоциация

дислокаций

с + а . Из

 

пирамидальных

плоскостей

в кристаллах с

г. п. у.-структурой

наиболее плотно

упакованы

плоскости

{1011}. Преимущественное

скольжение

в

системе {1122} < 1 1 2 3 > можно объяснить тем, что дислокации в этих плоскостях имеют меньшую энергию и диссоциируют на частичные (см. п. 4.1.2) [ 9 ] . Однако Прайс [14] на основании косвенных наблюдений о легкости поперечного скольжения дис­ локаций с + а и распада длинных вытянутых петель на мелкие

ЛИнш

к\

20}

18

16

П

12

Ю

8

6

4

1 г

>

 

к'

 

 

/Re

 

\

/Cd

 

 

\

/in

 

\

 

 

к М

10 Н

\

 

12 13 f4 fyofo)

(00(М)

Рис. 4.5. Выигрыш энергии диссоциации дислокации в двух плоскостях металлов с г. п. у.-структурон [123].

круглые пришел к выводу о том, что в Zn и Cd энергия дефектов упаковки в плоскостях {1122} очень велика и диссоциация отсутствует. Розенбаум и Кронберг (см. [2, с. 62]) предложили модель диссоциации полной дислокации на три частичные в трех параллельных смежных плоскостях {1122}. Получающаяся при этом дислокационная конфигурация сравнительно легко подвижна.

Другое_объяснение относительной легкости скольжения в си­ стеме {1122} < 1 1 2 3 > связано с тем, что плоскости {1122}, как и базисные, заполнены ровными рядами атомов (см. п. 4.2).

Экспериментальное изучение пирамидального

скольжения в

M g [144]

(см. п. 4.11)

показывает,

что в области температур

— 8 0 < / < 1 0 0 ° С

краевые дислокации с + а

диссоциируют

по

реакции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.25)

с образованием

дефекта

упаковки —

< 2 0 2 3 >

в

базисной

пло-

скости. В

 

 

6

дислокации

закрепляются

результате этого краевые

и не участвуют в скольжении. По-видимому, аналогичный про­ цесс происходит также в Zn и Cd при более низких темпера­ турах.

4.6. Влияние ориентации на характер пластической

де ф о р м а ц и и

Впредыдущих разделах дан анализ возможных систем

скольжения в металлах с г. п. у.-структурой. Прежде чем перейти к рассмотрению характеристик различных видов деформации и механизмов скольжения, коснемся вопроса о влиянии ориента­

ции на пластическую

деформацию.

 

 

Зегер

[32, 145]

предложил разбить

возможные

ориентации

на четыре

группы,

показанные на полюсной фигуре рис. 4.6

(для

случая растяжения).

 

 

 

1.

Ориентации

в

окрестности

большого круга

< 1 0 1 0 > —

< 1 1 2 0 > .

В этой

области имеет

место

скольжение

по призма­

тическим и пирамидальным плоскостям, а также двойникование (для металлов с с а > ] / Г 3 ) .

2. Ориентации, близкие к оси с. В этой области происходят обнаруженное Шмпдом и Боасом [20] геометрическое разупроч­

нение \

двойникование (с/а<сУЗ)

и

хрупкое

разрушение

(с/а >

1/3) .

 

 

 

3.

Ориентации, близкие к симметралн

< 0 0 0 1

> — < 1 0 1 0 > .

В этой

области две базисные системы

скольжения

равноправны

ипоэтому возможно двойное базисное скольжение.

4.Ориентации, близкие к стандартной, когда плоскость ба­ зиса наклонена к осп образца на угол около 45°. Для этой группы ориентации характерно базисное скольжение в одной системе.

1 При ориептациях, близких к оси с, критическое напряжение сдвига для базисного или призматического скольжения достигается при высоких нагруз­ ках. Однако в дальнейшем из-за переориентации угол между осью с и осью образца уменьшается, что приводит к спаду требуемой для деформации нагрузки. Это называется геометрическим разупрочнением.

Эта схема ориеитацнониой зависимости пластичности не

охватывает всего

многообразия

деформации

металлов

с

г. п. у.-структурой

и может видоизменяться

 

в

конкретных слу­

 

 

 

 

чаях

(например, для

Be, см.

[0001]'

 

 

рис.

1.25).. Однако

в

общем

 

 

она правильно отражает

ха­

двойникование

Геометрическое

рактер

деформации

 

метал­

для c/a<YS

разупрочнение

лов

с

 

преимущественным

 

 

 

 

базисным

скольжением. Для

Чисто одиночное,

 

 

 

изучения

какого-либо

одно­

скольжение по

 

Двойное

го вида

 

деформации

ориен­

•базисной ллосг

 

скольжение

тацию

кристаллов

 

обычно

тети

 

 

 

подбирают

таким

образом,

 

 

 

 

чтобы

по

возможности

ис­

Стандартная

 

 

 

ключить

другие виды.

 

ориентировка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7.

Характеристики

 

 

 

 

 

базисного

скольжения

[1120]

 

 

[1010]

В

этом

разделе

 

проана­

 

 

лизирована

 

пластическая

 

 

 

 

 

Дбойникование

для

с/а>УТ

деформация

металлов, у

ко­

Скольжение по

призматичес­

торых

основной

системой

ким и пирамидальным

плос­

скольжения

 

является

базис­

костям

 

 

 

 

 

ная (0001)<1120> . Из мно­

 

 

 

 

Рис. 4.6. Полюсная фигура кристал­

гочисленных

результатов

лов с г. п. у.-структурой

с указа­

наблюдений

преимущество

нием видов деформации при растя­

отдано

тем,

которые

проли­

жении

[ 2 ] .

 

вают свет на механизм ба­

 

 

 

 

зисного

скольжения.

 

 

4.7.1. Критические

напряжения

сдвига.

Критические

напря­

жения сдвига и упрочнение при базисном скольжении различ­

ных металлов

сравнимы

между собой

по абсолютной

величине

и одинаковым

образом

меняются с

температурой

(рис. 4.7).

Поскольку взаимодействие подвижных

дислокаций

с препят­

ствиями пропорционально людулго сдвига, на рис. 4.7 приведены безразмерные характеристики т/G И K/G. В соответствии с со­ отношением (2.1) напряжение течения уменьшается с ростом температуры от 0 до Т0. С увеличением скорости деформации кривые х*(Т) смещаются в область высоких температур.

Базисное скольжение не сопровождается сильным искаже­ нием кристаллической решетки: лауэ-пятна на рентгенограммах остаются острыми даже после деформаций около 100%, а от­ жиг не сопровождается рекристаллизацией [ 8 ] . У легкоплавких металлов (Zn, Cd) искажения частично снимаются в процессе низкотемпературного отдыха. Например, свойства деформиро­ ванных за счет базисного скольжения кристаллов цинка вос­ станавливаются после суточной выдержки при комнатной тем-

пературе. Возврат происходит также в процессе деформации при температурах ниже комнатной [32].

Окпсные пли иные пленки на поверхности кристаллов умень­ шают скорость деформации при постоянной нагрузке и увели­ чивают упрочнение [8, 146—149]. Они препятствуют выходу скользящих дислокаций из кристалла и приводят к образованию

скоплении

у поверхности.

 

 

 

 

4.7.2. Энергия активации и активационный

объем. Темпера­

турная

и

скоростная зависимости

напряжений

течения

Cd,

Zn

и M g ,

а

также скорость низкотемпературной

ползучести

при

разных

напряжениях исследованы

во многих

работах

[32,

39,

65, 70—73, 138—140, 150]. Ф. Ф. Лаврентьев и В. Л. Владими­ рова изучили также релаксацию напряжений при базисном скольжении в Zn [151]. В этих работах наряду с монокристал­ лами, ориентированными благоприятным образом для базисного скольжения, использовались полнкрпсталлические образцы [138—140, 150]. Полученные результаты для моно- и поли­ кристаллов, например зависимости V(x) и # ( т ) , качественно подобны, из чего можно заключить, что деформация поликри­ сталлов в области температур ниже 300—400°С происходит преимущественно за счет базисного скольжения. Вклад других видов деформации возрастает с уменьшением размеров зерен.

Сведения о скоростной зависимости напряжений

течения

д)пе/дх

при базисном

скольжении противоречивы. По

данным

Конрада

и др. [67], у

M g изменение напряжения Дт в

резуль­

тате изменения скорости деформации не зависит от приложен­

ных напряжений, тогда как

в работе

Базинского

[72] при

7"<;460 К (или при 7'<;150о К

[71]) Дт

увеличивается

пропор­

ционально т. Указанное различие может быть результатом как

недостаточной

чувствительности

системы

измерения нагрузки,

так и

влияния

примесей.

 

 

 

У

монокристаллов Zn

и Cd Дт не зависит от т в начале

деформации, а затем линейно возрастает

[27] . По другим дан­

ным,

у Zn Дт

не

зависит

от т

[39], а у

Cd при 78° К Дт про­

порционально

т с

начала

деформации [25]. У поликристаллов

Zn, Cd и Со Дт также пропорционально приложенному напря­ жению [27] . Возможно, постоянство Дт при деформации свя­ зано с вторичным влиянием примесей |27].

Активационный объем и энергия активации базисного сколь­ жения уменьшаются с ростом напряжений (т. е. с понижением температуры или увеличением степени деформации). У моно­ кристаллов зависимость К(т) характеризуется следующими зна­ чениями V: для M g V уменьшается от 20 000 до 3000 Ь3 в области

т* = 04-70

Г/мм* [65, 67,

76], для

Cd — от 11000

до 750 Ь3 при

77°К [150].

У поликристаллов

активационный

объем зависит

от

размера

зерна (табл.

4.10)

[139, 150]

и также

уменьшается

с

ростом

напряжений: у

Zn — от

600

до

100

Ьг

в

области

т* =

=0,5ч-4

кГ;мм- [139], у

Cd

от

300

до

90

б3

в

области

т* =

= l - f - 6 . кГ/мм2 [138]. Значення Н0 и VQ при т* = 0 приведены в табл. 4.11. В этой таблице даны значения энергий образования

 

 

 

 

Т а б л и ц а

4.10

Активационный объем полнкристаллического кадмия с разными

размерами зерен

при 77 °К

[150],

Ь3

 

 

d, мкм

При

(Ts

Начало стадии

Конец

стадии-

 

 

А

А

 

25

110

100

68

400

450

210

100

1250

1000

300

160

Монокристалл

11 000

2700

750

порогов

(Я, « 0 , 1

G63 )

и дефектов упаковки, а

также величины

частотного фактора е0 .

изучая подвижность

дислокаций

при

Адаме

и др.

[152],

базисном

скольжении

в Zn,

обнаружили,

что

величина

dv/дт

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

4.11

Основные

характеристики деформации

кадмия, цинка

и магния

 

 

 

га

 

 

>>

Металл

га

 

 

сГ

 

зГ

[-

 

 

Cd

0,9 — 1, 2

[153]

моно­

кристал­

 

 

лы

0,55

[138]

поликри­

сталлы

 

 

>,

 

гера'

•у

 

О

Ч

11000 [150] 450

420

450 [138]

га

га С О

а 1

[153]

[20]

0,3

 

га

I

і

і

гера

CJ

 

. СО

 

108 [138]

'Zn

0,8 — 0,94

[153]

1700

[151]

400

 

 

 

3-102

 

моно­

[153]

0,45

[39]

кристал­

 

 

 

 

344

136]

 

 

 

лы

1

[39]

- 2 - 1 0 5

[39]

220

[32]

 

 

 

 

 

 

 

поликри­

1,1

[139]

800

[139]

 

 

10=

[139]

сталлы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M g

0,72

[67]

~20000

[67,

330—

[65,

0,45

 

[67]

моно­

105

кристал­

0,6

[65]

 

76]

350

67,

76]

0,33

107

[1]

лы

0,7

[153]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,82

[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-0,3

[71]

 

 

 

 

 

 

 

 

поликри­

0,5

[140]

~ 6 0 0

[140]

10°

[140]

сталлы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ