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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 89

Скачиваний: 0

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

Г л аIв а

П Л А С Т И Ч Е С К А Я Д Е Ф О Р М А Ц И Я М О Н О К Р И С Т А Л Л О В Б Е Р И Л Л И Я

Механические свойства полукристаллического бериллия в значительной мере определяются характером пластической де­ формации и разрушения монокристаллов. Без понимания эле­ ментарных процессов пластического течения и разрушения труд­ но разобраться в природе хрупкости и найти наиболее эффек­ тивные способы повышения пластических и прочностных харак­ теристик металла.

По сравнению с цинком, кадмием и магнием пластическая деформация монокристаллов бериллия изучена менее подробно, однако сравнительный анализ имеющихся результатов позволяет

создать

достаточно цельную

физическую

картину природы де­

формации металлов

с

гексагональной

плотноупакованной

(г. п. у.)

структурой,

и в

том

числе бериллия. Отсутствующие

в этой картине фрагменты относятся главным образом к вторич­ ным системам скольжения, в частности к пирамидальному сколь­ жению в бериллии.

Значительно хуже изучена физика и механика процессов хрупкого разрушения г. п. у.-металлов. Единое мнение о приро­ де этих процессов все еще отсутствует.

Прогресс в исследовании пластической деформации берил­ лия, достигнутый в результате разработки методов получения монокристаллов высокой чистоты, связан с работами Лондона, Германа, Дамиано, Д. Кауфмана и других в США, Дюиуи, Пуарье и Ренье во Франции, а также Р. И. Гарбера, И. А. Гин­ дина и авторов настоящей книги в СССР. Из ранних работ не­ обходимо отметить исследования Ли и Брика, а также Туэра и А. Кауфманна.

Основными элементарными видами пластической деформа­

ции

бериллия являются: базисное (0001) < 1120>,

призматиче­

ское

{10І0} < 1 1 2 0 Х пирамидальное

{1122}<1123> (и, воз­

можно, {1_01д;}<1120>) скольжение,

а

также двойникование

{1012}< 1011 > . В этой главе приведены

данные

эксперимен­

тальных наблюдений, а их интерпретация и природа процессов пластической деформации описаны во второй главе,

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,

5,

9,

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

испыта­

кГ/мм'

 

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

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

 

 

 

 

Смотрите также файлы