6.4. Миграция границмеханизм деформации металлов

Итак, мы установили, что во время пластической деформации или термической обработки деформированного металла могут возникать новые границы типа межзеренных и перемещаться под действием движущих сил (6.6)(6.8). При движении по пространству металла границы, как и дислокации, могут встречать другие дефекты  вакансии, дислокации, примесные или легирующие атомы, другие границы, частицы второй фазы и взаимодействуют с ними.

6.4.1. Взаимодействие границ с атомами примесных или легирующих элементов

В главе 2 мы рассмотрели взаимодействие точечных дефектов с границами и установили, что если точечные дефекты или границы обладают подвижностью, то в результате взаимодействия точечные дефекты располагаются на границе. Это может привести к изменению свойств границы, в частности, к изменению удельной поверхностной энергии. Если вакансии могут уменьшить энергию границы и напряжения, создаваемые границей, то примесные атомы, отличающиеся по объему от основных атомов, могут увеличить напряжения и энергию границы.

Особенно негативную роль могут сыграть примесные атомы легкоплавких веществ или примесные атомы, образующие с основными атомами легкоплавкие соединения. В этом случае в определенном интервале температур на границах появляется прослойка жидкой фазы (если вообще можно говорить о жидкой прослойке толщиной в одно или несколько межатомных расстояний). При этом соседние зерна удерживаются только за счет сил поверхностного натяжения как два стеклышка, соединенных слоем воды.

6.4.2. Взаимодействие границ и дислокаций

В главе 4 мы рассмотрели свойства и структуру границ и показали, что границы и их свойства можно моделировать при помощи дислокационных стенок. В главе 3 мы рассмотрели дислокационные конфигурации в виде скоплений и стенок, взаимодействие отдельных дислокаций со стенками. С этих же позиций можно рассматривать взаимодействие границ с дислокациями противоположных знаков. Анализ показывает, что увеличение плотности дислокаций в стенке, за счет стока дислокаций того же знака, приводит к локальному увеличению углов разориентации соседних зерен, а прибытие на границу дислокаций противоположного знака уменьшает углы разориентации и напряжения от границ.

Следует заметить, что указанные взаимодействия возможны как в случае подвижных дислокаций, так и в случае подвижных границ и неподвижных дислокаций. При повышенных температурах во время термического разупрочнения наибольшую подвижность имеют границы, а при горячей деформации более подвижны дислокации относительно перемещающихся с меньшими скоростями границ.

6.4.3. Взаимодействие границ между собой

М

Рис. 6.6. Взаимодействие дислокационных стенок  границ  одинакового знака

оделирование границ при помощи дислокационных стенок дает возможность оценить взаимодействие мигрирующих с различными скоростями границ. На рис. 6.6 представлена схема этого взаимодействия. При встрече дислокационных стенок одинакового знака дислокации должны под действием напряжений_дв пройти положение неустойчивого равновесия (х=у для каждой пары дислокаций во взаимодействующих стенках, см. рис. 3.8), а затем слияние стенок произойдет за счет сил притяжения дислокаций. Устойчивое положение для дислокаций одного знака в стенке наблюдается при х=0, где х  координата дислокаций второй стенки. При этом среднее расстояние между дислокациями в стенке уменьшится, но увеличится угол разориентации, создаваемый границей , гдеb  вектор Бюргерса дислокаций, h  среднее расстояние между дислокациями в стенке. Слияние границ и происходящее при этом укрупнение зерен называется коалесценцией.

При взаимодействии разноименных границ  дислокационных стенок противоположного знака  наблюдается их взаимное притяжение до положения устойчивого равновесия при х=у, где х, у  координаты взаимодействующих дислокаций в противоположной стенке. При x<y взаимодействующие дислокации в противоположных стенках отталкиваются, а положение х=0 является неустойчивым. Таким образом, в результате данного взаимодействия уменьшается угол разориентации, энергия и напряжения, создаваемые границей, уменьшается среднее расстояние между дислокациями в стенке. При этом изменяется форма границы  она приобретает ступенчатый характер. Модели подобных границ описаны в главе 4.