Файл: Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 104

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

На основании анализа этих результатов Пуанту заключает, что при температурах выше 673° К возможно несколько видов пирамидального и призматического скольжений:

(1){1 ОТ 1} < 1 1 2 0 > :

(2) { Ю Н } < 1 1 2 0 > пли {1015} < 1 1 2 0 > ;

(3){ 1 0 П } < 1 1 0 1 > ;

(4){1010} < 1 1 2 3 > .

Наиболее легко осуществляется скольжение типа {101 JC} < 1120>, действующее на третьей стадии. Скольжение в системах (3) и (4), имеющих компоненту сдвига вдоль оси с, становится актив­ ным лишь в случае, когда касательные напряжения в систе­ мах (1) и (2) малы, т. е. когда плоскость базиса параллельна плоскости прокатки. Эти результаты нельзя считать окончатель­ ными, поскольку наличие (2), (3) и (4) систем скольжения в

металлах с

г. п. у.-структурой

энергетически

маловероятно

(см.

пп. 4.1—4.5). Это же относится к скольжению

дислокаций

а в

плоскостях

{10Ї2},

{1013}

и {1014}, о

котором

сообщено в

ра­

боте [ 9 ] .

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.8. Дислокационная

структура.

Электронномикроскопиче-

скпе исследования

кристаллов

бериллия

после деформации

сжатием вдоль оси с противоречивы. Ле Азиф, Дюпуп и Пуарье с сотр. [63, 65, 66] не обнаружили дислокаций с + а вплоть до температур испытаний 873° К, а Спенглер, Дамиано, Герман и др. [46, 68] при исследовании фольг кристаллов сплавов и сверх­ чистого бериллия, испытанных при температурах 293—637°К, идентифицировали дислокации с и с + а. Возможно, такое раз­ личие является результатом влияния примесей на характеристи­ ки пирамидального скольжения. В кристаллах технической чи­ стоты пирамидальное скольжение либо отсутствует, либо лока­ лизовано в непосредственной близости от поверхности разру­ шения. Поэтому Дамиано и др. [68] также не смогли обнару­

жить

дислокаций с + а в

фольгах монокристаллов

технической

чистоты после

испытания

на

сжатие

в

области

температур

473—678° К.

 

 

 

 

 

 

В

фольгах

сплавов и очень чистого бериллия дислокации с,

с + а

и

а часто расположены

парами

или

образуют

узлы. При

293° К

дислокации с и с + а прямые,

а при высоких

температу­

рах они заметно изгибаются.

Плотность

дислокаций с и с + а

увеличивается с ростом температуры деформации. В монокри­ сталлах сплавов Be—Си и Be — Ni количество дислокаций при

прочих равных условиях всегда выше,

чем у сверхчистого

бе­

риллия. Авторы работы

[68] полагают, что краевые дислока­

ции с + а, образующиеся

при сжатии, в

процессе разгрузки

дис­

социируют по реакции

 

 

 

4-<112з>^4-<1 1 2°>-ы0 0 0 1 ь О-5)

оd


Дислокация а может совершать скольжение в плоскости (0001), а дислокация с остается неподвижной. При повышенных темпе­ ратурах дислокации с, совпадающие с направлением, вдоль ко­ торого происходит диссоциация (т. е. с направлением пересече­ ния плоскостей (0001) и {1122}), могут покинуть исходное ме­ стоположение в результате переползания. С этим связано искривление линий дислокаций.

Возможность диссоциации дислокаций с + а по реакции (1.5) нуждается в дальнейшей проверке. С энергетической точки зре­ ния (в соответствии с критерием квадрата вектора Бюргерса, см. п. 4.1) эта реакция не дает выигрыша в энергии1 . Вместе с тем диссоциация дислокаций по реакции (1.5) наблюдалась в магнии при температурах выше 423° К [79].

Дислокации с + а идентифицированы также в фольгах поликристаллнческого бериллия после закалки от 1273°К или облу­

чения нейтронами

( 2 - Ю 2 0

нейтронісм2) при 623° К

[80]. Уол­

тере и другие непосредственно

наблюдали движение

дислокаций

с + а в электронном

микроскопе

[80] .

 

 

1.4.9. Сжатие кристаллов

бериллия вдоль оси с при

высоких

давлениях. Хэнафи,

Лондон

[39, 81], Бедер и др. [30] и

авторы

настоящей книги [82] изучали пластическую деформацию кри­ сталлов бериллия при сжатии вдоль оси с при высоких давле­ ниях. Поскольку испытания в условиях приложения гидростати­ ческого давления позволяют задержать разрушение, пирами­ дальное скольжение может возникнуть при более низких тем­ пературах. Испытания кристаллов различной чистоты при ком­

натной температуре и высоких давлениях (0—27,5

кб) показа­

ли следующее.

 

При высоких давлениях наблюдается пирамидальное сколь­

жение в системе {1122} < 1123>. Дислокации с + а

идентифици­

рованы электронномикроскопически, линии скольжения видны в

оптический микроскоп

[39, 81]. У

кристаллов высокой чистоты,

полученных после 12 проходов зонной плавки,

пирамидальное

скольжение наблюдается

при р= 12-+14 кб,

а у кристаллов более

низкой

чистоты — при

/?=19

кб.

В работе

[30], где использо­

вался

бериллий

чистотой

99,75%,

пирамидальное скольжение

не наблюдалось при р<\5

кб.

 

 

 

 

 

У кристаллов высокой чистоты критическое напряжение сдви­

га не превышает 93 кГ/мм2, что намного

ниже

значений

пре­

дела текучести,

характерных

для испытаний в

обычных

усло­

виях. У кристаллов низкой чистоты предел текучести не сни­ жается с возрастанием внешнего давления, т. е. в гидростати­ ческих условиях т j 1 } заметно увеличивается при снижении чистоты материала.

1 Небольшой выигрыш дает последующая диссоциация дислокаций а на частичные дислокации по реакции (4.4),


Пластичность кристаллов во всех случаях низкая ( в р < 1 % ) . Разрушение большей части образцов происходит вдоль плоско­ сти, наклоненной на угол 4 0 ± 2 к плоскости (0001) [она может быть идентифицирована как (1124)]. Дамиано и др. [39] пола­ гают, чторазрушение вдоль плоскости (1124) на самом деле является результатом кооперативного растрескивания вдоль пло­ скостей (0001) и {1120}, вызванного локализованным скольже­

нием дислокаций с + а. В

работе [30]

скол по (1124)

наблю­

дался и в отсутствие пирамидального

скольжения.

Изредка

происходило разрушение

по

плоскости

(1012). Напряжение

разрушения при сжатии в гидростатических

условиях возрастает

(иногда до 310 кГ/мм2 при р^20

кб). Макроскопические

трещи­

ны могут образоваться при напряжениях

меньше разрушающего

и в условиях отсутствия пирамидального скольжения. Посколь­ ку в обычных условиях этого не происходит, можно заключить, что гидростатическое давление действительно задерживает раз­ рушение.

Электронномикроскопическое исследование деформирован­ ных кристаллов выявляет сетки, образованные дислокациями с. с + а и а, а также призматические дислокационные петли не­ базисных дислокаций вокруг включений вторичных фаз, обра­ зующиеся, по-видимому, из-за различия сжимаемостей частиц и матрицы.

Дислокации с + а, по мнению Дамиано и др. [39], способны диссоциировать в плоскостях (10І0) по реакции (1.5). Поэтому предварительная деформация бериллия в условиях гидростати­

ческого давления с целью ввести

в кристалл подвижные

дисло­

кации с + а

не должна давать

существенного эффекта. Эта

точка зрения

нуждается, однако, в экспериментальной проверке.

При сжатии монокристаллов

сплава Be — 2,5% Си

вдоль

оси с пирамидальное скольжение при давлении 14 кб развито

слабо

[81]. Линии

скольжения появляются при

напряжении

— 210

кГ/мм2 как

в обычных условиях, так и в

условиях при­

ложения давления.

При увеличении напряжения

число линий

у краев образца несколько возрастает. Деформация в момент разрушения и разрушающее напряжение равны соответственно

~0,085%

и ~ 2 3 5

кГ/мм2 без приложения давления

и

~ 0 , 0 7 %

и ~ 2 8 6

кГ/мм2

при давлении 11 —14

кб. Таким образом, повы­

шение давления

до

14 кб не оказывает существенного

влияния

на пирамидальное

скольжение в сплаве B e — 2 , 5 %

Си,

но спо­

собствует увеличению

разрушающего

напряжения.

 

 

Все это позволяет

заключить, что

давление, как

и легирова­

ние бериллия медью и никелем, способствует появлению пира­ мидального скольжения не столько за счет изменения напряже­ ний активирования источников или движения с + а-дислокаций, сколько вследствие повышения разрушающих напряжений. Исключением, возможно, является бериллий высокой чистоты,


1.4.10. Роль пирамидального скольжения при пластической деформации поликристаллического бериллия. Пластичность по­ ликристаллического бериллия заметно возрастает при темпера­ турах около 470° К. Пирамидальное скольжение в монокристал­ лах высокой чистоты (и изменение характера разрушения моно­ кристаллов технической чистоты) наблюдается также в этой области температур. Поэтому эти два явления чэ.сто считают взаимосвязанными. Действительно, благодаря высокому модулю упругости бериллия даже небольшое увеличение вклада пира­ мидального скольжения может способствовать релаксации на­ пряжений и затруднит распространение трещин по плоскостям (0001) и {1120}.

Вместе с тем имеется два факта, которые в настоящее время трудно согласовать с этими представлениями: 1) у кристаллов технической чистоты при сжатии вдоль оси с при 678° К пла­

стическая

деформация

незначительна ( < 5 - 1 0 ~ 6 ) ; 2) хотя пира­

мидальное

скольжение

в монокристаллах сплавов Be—Си,

Be —Ni наблюдается при. комнатной температуре, пластичность

поликристаллических

сплавов

не

отличается

от пластичности

технического бериллия

[38],-а

по

нашим данным — снижается.

Более подробно взаимосвязь между характеристиками пла­

стической деформации

моно- и

поликристаллов

рассмотрена в

п. 3.9.

 

 

 

 

1.5.Двойникование

1.5.1.Кристаллография двойникования. Кристаллографиче­

ские аспекты,

закономерности

и теории двойникования

описаны

в работах [5,

83—86]. Здесь

будут рассмотрены лишь

некото­

рые вопросы, связанные с двойникованием бериллия. Впервые этот вид деформации бериллия обнаружен в 1928 г. [1] и в дальнейшем исследован в работах [5, 6, 8, 59, 77, 87—89].

Двойникование бериллия происходит в основном по шести независимым плоскостям системы {1012} < 1011 > . Кроме пло­ скости и направления двойникование характеризуется величиной удельного кристаллографического сдвига s, соответствующего удельному смещению атомных плоскостей в направлении двой­ никования. Величина сдвига при двойниковании бериллия в си­ стеме { 1 0 i 2 } < 1 0 T l >

 

 

У3с

3 - ( ^

0,199.

(1.6)

Из

уравнения

(1.6) следует, что величина сдвига меняет знак

при

с/а=У"3 .

Поэтому у

бериллия

( с / а < ] / 3 )

двойникование

происходит при растяжении вдоль оси с, а у цинка и кадмия — при сжатии вдоль этой оси,


 

Ma рис. 1.18 приведена схема изменения

ориентации при

двойннкованин

кристаллов с г. п. у.-структурой.

Следы

плоско­

стей базиса п двойникования обозначены соответственно

АВ и

AD.

В результате двойникования точка В, смещаясь

параллель­

но

плоскости

AD, попадает в точку В'. Угол BDB'

у

бериллия

равен ~'6°. Плоскость базиса в двонппке B'D

наклонена

отно­

сительно исходного положения в матрице на угол

84°.

Таким

 

 

T P

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

а

 

 

 

5

 

 

 

 

Рис. 1.18. Схема

изменения

ориентации

кристалла

 

 

при дпойнмковашш. Плоскости базиса АВ

и двой­

 

 

никования AD

перпендикулярны

к плоскости

ри­

 

 

 

 

сунка:

 

 

 

 

 

 

 

а — д л и

металлов,

и м е ю щ и х г / о < Г 3:

б — дли

металлов,

 

 

 

 

имеющих с/а > V 3.

 

 

 

 

 

образом, двойникованпе

приводит

к развороту

кристаллической

решетки на большие углы.

 

 

 

 

 

 

Хотя двойники типа {1012} в бериллии не должны образо­

вываться при сжатии кристаллов вдоль оси с

(см. рис. 1.18, а),

однако

практически они

все-таки наблюдаются

[16—18, 46, 64].

Это происходит даже в случае незначительных

дезориентаций

оси с относительно оси

нагрузки

(порядка

нескольких

угловых

минут)

[46]. Причины

такой аномалии не вполне ясны. Заро­

дыши

двойников

могут

возникать

при

изготовлении

образцов

(при резке и шлифовке). Возможно, при сжатии рост этих заро­ дышей связан с появлением растягивающих напряжений в ре­

зультате

пуассоиовского расширения у поверхности кристалла

и трения

в захватах. Последнее

наиболее вероятно, так как

двойники

при сжатии вдоль оси с

наблюдаются преимуществен­

но у торцов, прилежащих к губкам захватов.

В случае произвольной ориентации образца характер его деформации можно определить с помощью стереографической проекции (рис, 1.19). Полюса шести возможных плоскостей