Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

21.54 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 312 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

1.1. Базисное скольжение

Впервые скольжение вдоль базисной плоскости бериллия обнаружили Мэтьёсон и Филипс [1] 'в 1928 г. В 1947 г. Тернопол [2] ошибочно интерпретировал возникновение деформационного рельефа около отпечатка индентора на плоскости (0001) кри сталла бериллия за счет базисного скольжения. В дискуссии по этой статье Нильсен [3] справедливо отметил, что на плоско сти (0001) линии базисного скольжения не могут быть выяв лены, но в свою очередь допустил ошибку, объяснив наблюдае


мые линии деформацией по плоскостям (1012) и							образованием
трещин вдоль призм первого рода				{1010}.
Систематические исследования				пластической			деформации
монокристаллов бериллия начаты				в пятидесятых			годах		Ли и
Бриком	[4, 5], Туэром и		Кауфманном		[6] и	Р. И.		Гарбером
с сотр. [7—13]. В этих работах получены достаточно									полные
сведения	о деформации		монокристаллов		технической			чистоты
( ~ 9 9 %	Be).	Пластичность таких		кристаллов		при		комнатной
температуре		оказалась невысокой,		но она заметно возрастала
с увеличением температуры.

В1961 г. Герман и Спенглер испытали монокристаллы бе

риллия высокой	чистоты, выращенные методом зонной плав
ки, и 'Сообщили,	что относительное удлинение таких кристал

лов за счет базисного скольжения превышает 220%, а угол из гиба толстых монокристальных стержней равен 180° [14]. Наи более подробно характеристики базисного скольжения изучили Кауфман и др. [15—18], Герман и Спенглер [14, 19, 20], Тене и

Уайт

[21], Ренье, Дюпуи и др. [22—24],

а также

авторы

настоя

щей

книги

[25, 26]. В

р а б о т а х [6, 11, 14,

16—20, 24, 27—29] кри

сталлы испытывались на растяжение, а в р а б о т а х

[4,

10,

16—18, 21, 24—26] — на сжатие. Значения

Т(оооі)

при

этом

срав

нимы по величине ', но кривые деформации

различаются.

Обычно

для изучения

базисного

скольжения

используют

образцы, у

которых

плоскость

базиса

наклонена на

угол

45°

(±10°) к оси деформации.

Анализ результатов опубликованных работ сопряжен с труд

ностью, связанной с погрешностью определения

чистоты

кри

сталлов. В первых работах анализ бериллия производился

не

по всем примесям, и данные

о содержании неметаллических

примесей либо отсутствовали, либо были недостаточно

точны

ми. В частности, чистота

кристаллов

в работах

Ли

и Брика и

Гарбера с сотрудниками, по-видимому, завышена. Гритхэм и Мартин [29] не смогли сделать однозначного вывода о влиянии примесей на критические напряжения сдвига. Наибольшего до-

1 При сжатии образцов малой высоты и большого поперечного сечения регистрируемые значения критических напряжении могут возрастать из-за трения у торцов [4, 6].

АО

верия заслуживают результаты новейших исследований, в кото рых приводятся данные полного масс-спектрометрического и активационного анализа примесей.

Полезной характеристикой чистоты металла, часто исполь зуемой во многих работах, является относительное остаточное

ЭЛеКТрОСОПрОТИВЛеНИе б=^/?300 с к/^4,2°К,			Г Д Є /?300°К И	# 4 , 2	К
соответственно сопротивление кристаллов при комнатной					тем
пературе	и температуре	жидкого гелия.
1.1.1.	Температурная	и скоростная	зависимости	критиче

ских напряжений сдвига. Критическое напряжение сдвига мо

нокристаллов		Тцр (или предел	текучести .поликристаллов
о5) — э т о напряжение, соответствующее относительной				деформа
ции	10~3 ( a s ,	соответствующее	є = 2- Ю - 3 , называют	условным

пределом текучести). Однако локальная деформация обычно на


чинается	задолго до	достижения		критического			напряжения
сдвига. Поэтому наряду с величиной				т 1 ф	иногда определяют так
называемый прецизионный			предел	текучести		тп ,	соответствую
щей микродеформации		є ^ І О - 6 [21]. В области				микродеформации
движение	дислокаций	носит	локальный		характер,		и остаточная

пластическая деформация по величине сравнима с упругой. При достижении предела текучести свободный пробег дислокаций обеспечивает макроскопический сдвиг, измеряемый обычными методами.

Хотя значение т п носит более определенный физический смысл по сравнению с т,ф , обычно определяют макроскопическую величину критического напряжения сдвига. Следует помнить,- что

эта величина характеризует не начало пластичности,	а переход
от слабой деформации к сильной. В ряде случаев	механизмы

пластического течения на стадии микро- л макродеформации различны (см. п. 2.8), и тогда для полного их понимания необ ходимо определять оба эти напряжения. Например, у железа область микродеформации соответствует скольжению краевых дислокаций, а при макродеформации имеет место открепление винтовых компонент и размножение дислокаций. Величину критических напряжений сдвига определяют из кривых дефор мации и реже по появлению первых линий скольжения. Микро деформацию образцов и величину т п измеряют с помощью тензодатчиков, наклеиваемых на образец [21].

Результаты измерения критических			напряжений	базисного
скольжения Т(оооі) представлены в		табл.	1.1 и на рис. 1.1 и 1.2
[4—6,	10, 11, 16—18,, 24].-Величина	т ( п 0 0 0 \| ) ,	по данным	Ренье [24],
равна	приблизительно половине Т(ооои ' =

Анализ температурной зависимостикритических напряжений базисного скольжения в бериллии показывает следующее. Ха рактер этой зависимости для кристаллов разной чистоты подо-

1 Температурная зависимость тп(оооі) приведена в недавно опубликован ной -работе. -[21].

					Т а б л и ц а			1.1
Критические напряжения базисного скольжения в бериллии
			Темпера
Характеристика образцов			тура	т (0001),	Примечание		Литера
Характеристика образцов			испыта	кГ/мм'	Примечание			тура
			ний, °К
9 9 , 8 %		Be	298	3,2	Сжатие; чисто			14,5]
			573	2,8	та кристаллов
			773	4,5	завышена
9 9 , 0 %	Be,	6 = 2 , 5	293	1 , 4 + 0 , 3 5	Растяжение			[6]
			773	1,75 + 0,21
9 9 , 9 %	Be,	6 = 1 6 , 6	20,4	7	Сжатие			[10]
			77	1,7
			393	1,1
~ 9 9 , 9 %		Be	298	0,76 — 1,3	Растяжение;			[27]
			373	0,45 — 1,0	образцы	не
			473	0,25—0,98	одинаковы	по
			573	0,27—0,97	чистоте
			673"	0 , 3 5 - 0 , 9 7
			773	0,32 — 0,82
			873	0,44 — 0,75
9 9 , 7 %		Be	77	2 , 4 ± 0 , 8	Растяжение			[29]
			298	1 , 1 ± 0 , 3
После зонной		плавки:	293
~ 9 9 , 9 % B e , начало образца			293	0,35	Растяжение			[19]
~ 9 9 , 6 % Be, конец образца				1,7
После зонной		плавки:
6 = 1 1 0			296	0 , 6 5 ± 0 , 1 0	Сжатие			[25]
			221	0,95
			168	1,00
			113	1,05
			77	1,30 + 0,10
			20,4	2,8
			4,2	4,0
	6 = 2 9 0		296	0,25 + 0,15
			223	0,45
			173	0,65
			123	0 , 7 0 ± 0 , 1 5
			77	1,00 + 0,05
			20,4	2 , 3 0 ± 0 , 1 0
			4,2	3 , 2 5 ± 0 , 2 5
	6 = 5 6		296	0,85
			163	1,25
			77	1,70
			20,4	3,25
			4,2	7,60

					Продолжение	табл. І.І
			Т е м п е р а			Литера
	Характеристика		тура	t ( 0 0 0 1 ) ,	Примечание	Литера
	образцов		испыта	кГ/мм-	Примечание	тура
	образцов		испыта			тура
			ния, ° К
			ния, ° К
Монокристаллы низкой			296	3,6	Сжатие	[Й5]
чистоты, — 9 8 , 8 % Be,			77	7,00
6 = 1 , 7			4,2	Скольжение
				отсутствует
После	зонной плавкії:		293	0,36	Растяжение	[14,19]
8	проходов,	начало	293	0,36	Растяжение	[14,19]
	образца		293
2 прохода, конец об			293	1.7
	разца	Be	293	1,8
Литой, 9 9 , 4 %		Be	293	1,8
После	зонной плавки:		77	0,96	Растяжение	[16—18]
6 = 2 4 , 4			77	0,96	Растяжение	[16—18]
6 = 2 2 , 2			301	0,56
6 = 1 7 , 9			698	0,59
6 = 2 0 8			77	0,70
6 = 2 2 0			301	0,26

бен: в области температур	выше 150° К у чистого (99,99%) и
при 300—500° К у грязного	( < 9 9 , 9 % ) бериллия	т(0ооі) меняется
слабо, а в области более низких температур T«JOOI)		увеличивается

Г		о -	/	а - 4	в — 7
Г			3	о - 5	•-в
				о - 5	•-в
	ч	д —		9-6
* \	\

	100			200		зоо т}°к
Рис. I . I . Температурная		зависимость			гдаоо»	бериллия	раз
	личной		чистоты:
/ - 0 = 2 9 0 ;	2 - 6 ~ П 0 ; 3 —	6 = 5 4 ;	4 —	6 = 1,7	[25];	5— 0 = 16,6	[10];
5 -	6 - 220 [ 1 6 - 1 8 ] ;	7 -	6 - 2 2	0 [ 1 6 - 1 8 ] : « - [ 2 9 ] .

с уменьшением температуры. В работе [27] высказано предпо ложение, что атер'мический характер базисного скольжения выше 550° К не является свойством бериллия, а обусловлен влиянием примесей: с одной стороны, T(ooot) снижается с умень шением температуры (для кристалла постоянного состава),

ІЗ

с другой—растет в" результате увеличения 'растворимости при месей с возрастанием температуры [27] или тгод действием старения [29]. Однако эта точка зрения недостаточно обоснована.

Изменение чистоты металла на два порядка (от 99 до 99,99%) приводит к уменьшению атермической компоненты напряжений и к снижению температуры перехода к атермиче ской части напряжений Г0 (см. п. 2.1).

	То		W	1о3 -	s
Рис.	1.2. Изменение Т(оооп		при комнатной температуре		в
	зависимости	от чистоты .бериллия:
	/ — [15—181;		2 — 1251; 3 — 1221.
Сложнее	обстоит дело	с	термически	активируемой частью

напряжений сдвига. В области низких'температур туюоі) возра стает тем сильнее, чем ниже чистота металла, причем у металла

чистотой ~ 9

8 , 5 % Be (6=1,7) линии

базисного

скольжения

на

блюдаются при

77° К и отсутствуют

при

20,4° К,

у бериллия

чи

стотой

~ 9 9 , 8 %

(6=16,6)

скольжение имеет

место

при

20,4° К

и отсутствует при 4,2° К,

а у более

чистого

бериллия

(6 = 56ч-

4-290) критическое напряжение сдвига

при

4,2° К существенно

возрастает по мере уменьшения чистоты

(см. рис. 1.2)

[9, 10, 25].

Таким

образом,

различие

характеристик

базисного

скольжения

в бериллии

разной чистоты выражено

тем'сильнее,

чем

ниже

температура.

Общим закономерностям базисного скольжения не подчи няются отдельные результаты работ [4—6, 11]. Более высокие значения X(oooi),''полученные в работах :[4, 5, 11, 29], объясня ются особенностями методики испытаний ', несовершенством кристаллов и ошибками в определении ихчистоты. -Некоторое

увеличение Т(оооі) 'при	773° К, наблюдавшееся			в работах	[5, 6],
вероятно, обусловлено	вторичными процессами, в частности яв-
1 Как уже указывалось, существенную роль здесь играет геометрия об
разца. Скольжение затруднено,		если вдоль оси	сжатия	размер образца мал
по сравнению' с поперечными		размерами. Ли и	Брик	использовали	именно
такие образцы.

лениями старения. Это может быть также результатом влияния окисной пленки, препятствующей выходу дислокаций на поверх ность кристалла.

Критическое напряжение сдвига (т(оооо=0,75 кГ/мм2) и уп рочнение при базисном скольжении в бериллии чистотой 99,75%

при комнатной температуре не зависят от		внешнего гидростати
ческого давления, по крайней	мере от 0 до	15 кб [30].
- • — - »	—

T(eoev

	0	1	\		1	1 _	1	1
			\		1	1 _	L _	1
		'		1	10	101	10s	t
Рис.				1.3. Из меиение		TJQQQIу и T^JQJQJB зависимости		от
					чистоты бериллия [ 1 7 ] .
Влияние			скорости		деформации		на величину т(ооои изучено
слабо1 . По	данным Ренье					[24], при	комнатной температуре Т(оооі)

не зависит от скорости, а при 77° К зависимость сильная и активационный объем У » 200 Ь3.

1.1.2. Зависимость Т(оооі) от чистоты и структурного совер шенства кристаллов. Кауфман и др. [15—18], Дюпуи с сотр. [22], И. А. Гиндин и авторы книги [25] исследовали изменение критических напряжений в зависимости от чистоты кристаллов. Полученные при комнатной температуре результаты представ лены на рис. 1.1 —1.3. Величина т(оооі) возрастает с увеличением содержания примесей от 0,13 кГ/мм2 у бериллия чистотой ~ 99,999% (6—1000) до нескольких килограммов на квадратный

миллиметр у кристаллов низкой чистоты

( < 9 9 % ) . По

данным

Кауфмана

и др. [15—18] и нашим, зависимость

Т(оосн) от

б имеет

логарифмический

характер, по данным

Дюпуи

[22] — линейный.

Вид

этой

зависимости

аналитически

можно

выразить

так

(рис.

1.2):

lgT(oooi) =

0,3 — 0,39 lgб (2 <

б <

1000) (кривая / ) ,

(1.1)

JgT{cooi) =

0,85 — 0,59 lg б (2 <

б <

1000) (кривая 2 ) ,

(1.1а)

Т(оооі) =

1,06 — 0,0018

6 ( 1 0 0 < б <

475)

(кривая 3).

(1.2)

этих

выражениях

т(0ооі) имеет размерность

[кГ/мм2].

1 По

данным, полученным в нашей лаборатории С. С. Авотаным, значе

ние

возрастает

от

1000

Ь3

при

77° К до

— 10 000 Ьг

при 300° .К.

в чистом

бериллии

и от

100 б 3

при

77° К до

1000 Ь3

при

450° К в

монокристаллах

спла

ва

Be —

1,34 .ат. %

Си.

Несовпадение полученных разными авторами значений T(odoij (см. рис. 1.2) можно объяснить различием субструктуры иссле дованных кристаллов и методик определения х (по кривой де формации пли по появлению первых Л І Г Ш І Й скольжения), неоди наковыми условиями термообработки [28], а также недостаточно строгим контролем за содержанием примесей, которые могут по-разному влиять на характеристики пластической деформации

(т)и электросопротивление (о). При повышении чистоты ме

талла различие значений т(оооі) сглаживается. При очень низких п очень высоких концентрациях примесей t(oooi) при комнатной температуре слабо зависит от их содержания из-за субструк турных эффектов. Кауфман и др. [16—18] действительно не об

наружили	уменьшения	T(onoi) в области		6=1070-^3300		(см.
рис." 1.2 и 1.3).
При анализе критических напряжений следует учитывать не
только чистоту металла, но и структурное совершенство						кри
сталлов. Эти факторы взаимосвязаны: с				повышением содержа
ния примесей увеличивается			несовершенство		структуры	[18].
Кроме того,	оно зависит	от способа выращивания кристаллов.
Кристаллы	низкой чистоты		(6 = 2ч-10) обычно		получают	путем

медленной кристаллизации расплава. Они менее совершенны, чем кристаллы, выращенные методами Чохральокого и зонной

плавки ( 6 = Юч-3300).	Р. И.	Гарбер и др. [9] предварительно
деформировали образцы	при	293° К на	0,5—0,6% ДО появле
ния линий скольжения,	затем	отжигали	их в вакууме	при
1073° К в течение 3 ч и вновь		подвергали	деформации при	ком

натной температуре. Оказалось, что в результате такой обра

ботки критическое напряжение	увеличивалось на 30%, а ли
нии скольжения изменяли свой	характер, становясь тонкими

как после низкотемпературной деформации. По мнению авто ров работы [9], это объясняется полигонпзацией вследствие отжига блочной структуры, образующейся при первой дефор мации. Возникающие полигоны с большим углом разорнентировки оказывают заметное влияние на последующее базисное скольжение. Нельзя исключать также влияния старения кри сталлов -и появления в результате старения выделений.

И. А. Гиндин с сотр. [31] изучили влияние программирован ного «агружения на характеристики базисного скольжения в бериллии. Сущность программированного нагружения состоит в плавном, очень медленном повышении напряжения до некото рой величины o K < o s . При этом происходит диффузионное пе рераспределение точечных дефектов, рассасывание локальных перенапряжений и общая гомогенизация структуры [31]. Про граммированное нагружение бериллия может также сопровож даться деформационным старением, а также закреплением лег коподвижных дислокаций.

После программированного нагружения	монокристалла	чи
стотой 99,6% при 673° К со скоростью 0,2	кГ/(мм2-ч) (до	на-

пряжений

о,< = 5

и б

кГ/мм2)

заметно увеличиваются

пластиче

ские

характеристики

металла

несколько

возрастает

предел

текучести ' при 293° К:

кГ/мм1

Ч>, %

Исходный

образец

9,6

10,7

Образцы

после

программиро

11,3

17,7

ванного

нагружения

11,0

24,7

9,8

11,2

Изменяется также характер пластической деформации: она

становится

более

однородной,

упрочнение

падает,

сбросы

об

разуются реже. Следует отметить, что влияние предваритель

ного программированного нагружения ма разные виды дефор

мации монокристаллов неодинаково: если предел текучести при

базисном

скольжении

напряжение

начала

двойникования

возрастают, то величины а.„юГо) и разрушающего

'напряжения

при сжатии вдоль главной оси уменьшаются.

1.1.3. Кривые деформации и упрочнение. На рис. 1.4 приве

дены кривые деформации бериллия различной

чистоты

при

комнатной

температуре

(а)

деформации

бериллия чистотой

99,95% при температурах от 77 до 473°К

(б)

[16—18,

24].

При растяжении кристаллов с относительным

остаточным

электросопротивлением

б < 4 0

наблюдается

лишь

одна

стадия

линейного

упрочнения

(стадия

А) 2 ,

которой

области

малых

деформаций

предшествует

участок

кривой,

характеризующий

ся уменьшением

упрочнения

ростом

деформации.

При

сжа

тии

таких

кристаллов

после

деформаций

е~0,3

упрочнение

возрастает

[19—21,

24, 25]. У

кристаллов

высокой

чистоты

(6>40)

на

кривых

деформации

при

растяжении

обнаружи

вается

увеличение

упрочнения

при

Е > 0 , 6

(стадия

В, см.

рис.

1.4,

4.8).

Зависимость

упрочнения

от

чистоты

кристаллов

темпе

ратуры испытаний показана на рис. 1.5 (16—18,

24]. Из-за от

клонения

кривых

деформации

от

линейной

зависимости

при

е<0,1

коэффициент

упрочнения

определяли

на

участке

с є » 0,1

[24]. В

качестве

меры

чистоты

взяты

значения

т^ооі)

и 6. Коэффициент

упрочнения

снижается

с ростом

температуры

(особенно сильно в области Г<200° К)

и с увеличением

чистоты

(особенно

сильно

в области

б > 4 0 ) .

Пластичность

вследствие

базисного

скольжения

заметно

возрастает при уменьшении содержания примесей

(т. е. при сни

жении T(oooi), см. рис. 1.4 и табл.

1.2).

У кристаллов

технической

чистоты

относительное

удлинение 'при 293° К

составляет

3—4%,

Возможные

причины завышения

значений

предела текучести

кристаллов

рассмотрены

ранее.

Типичная

кривая деформации

для

базисного

скольжения

металлах

г. п. у.-структурой

показана

на

рис.

4.8.

Три стадии

упро*и«іии.

и б и м н а щ Ш . „ „

буквами

А, В и С.

Г о

с ;

п у

о И ™

н а у ч н о - т е х н и ч э ; №?.,=

,-:ауч

2 З а к .

CCv>P

б и б л и о т е ка

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

Рис. 1.4. Кривые деформации при растяжении бериллия различной чистоты (а) [16—18] и при различных температурах испытаний ( б ) [24] .

Образцы ориентированы		для базисного		скольже
ния (є = 2,5 - I 0 - 4 [24]	и	6 , 7 - Ю - 4 сек-'		[16—18]).
Значения			6:
/ — 2 5- 2 — 22- 3 — 28;	4 —	38;	5 — 6G; 5 — 6 6 ;	7 — 526;
8 —		1064.

						Т а б л и ц а 1.2
Относительное удлинение образцов при				базисном	скольжении
Характеристика		образцов		Т. °к	т ( 0 0 0 1 ) .	е. %	Л и т е р а
					т ( 0 0 0 1 ) .		тура
					кГ/ммг		тура
					кГ/ммг
Кристаллы	различной	чистоты,	полу	293	0,36	140	[19]
ченные зонной плавкой					0,48	220	[19]
					0,95	64
					1,70	16
	< 9 9 , 8 %	Be		293	3,2	12,7	[5]
	~ 9 9 , 4 %	Be			1,8	4,0	[19]
	~ 9 9 %	Be			1,4	- 3 , 0	[6]
	< 9 9 , 9 %	Be			2,75	1,5	["]
	<99,9°/о	Be		498	2,57	7,0	[11]
	<99,9°/о	Be		698	2,55	27,4
				799	1,85	55,0
Кристаллы,	полученные зонной		плав
кой:				77	- 1 , 0 0	50
6 = 2 0				77	- 1 , 0 0	50
				301	- 0 , 5 6	40	[16—18]
				698	- 0 , 5 0	300
6 = 2 0 0				77	- 0 , 8 5	25	[16—18]
				301	- 0 , 2 8	100

а после очистки оно увеличивается до 220% {14, 16—19, 32]. При таких больших удлинениях происходит переориентация моно кристалла: плоскость базиса стремится повернуться параллельно


оси растяжения, и в результате становится		возможным		приз
матическое скольжение (ом. п. 1.2). Чистое		базисное	скольже
ние обычно происходит до деформаций	100—150%.
Удлинение монокристаллов высокой	чистоты (6 = 20)			при
77° К достигает 50% {16—18]. Относительное		удлинение	чистых

кристаллов слабо зависит от температуры испытаний в области от 77 до 300° К '[24]. Из-за развития спайности по плоскости ба зиса величина деформации до разрушения в этой области тем ператур характеризуется заметным разбросом результатов (ом. рис. 1.4). При повышенных температурах (420—700° К) чувстви тельность к образованию трещин по плоскости (0001) умень шается и относительное удлинение возрастает (см. табл. 1.2). Пластичность при базисном скольжении зависит также от раз мерного эффекта и метода испытаний [19]. С уменьшением диа метра образцов пластичность при прочих равных условиях воз растает [19, 33].

По мнению Кауфмана и др. [16—18], увеличение пластичности за счет очистки связано главным образом с устранением приме-

2* 19

<<< < Предыдущая 12 / 312 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ