ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 125
Скачиваний: 0
ванни цинка |
и кадмия |
(см. п. 4.7.4), но у бериллия зависимость |
||
Кл(Т) очень |
сильная |
(см. рис. 1.5,6). При этом уменьшение Кл |
||
с ростом |
температуры |
не связано |
с процессами возврата, как |
|
это имеет |
место у легкоплавких |
металлов с г. п. у.-структурой. |
При комнатной температуре упрочнение мало, потому что пере сечение дислокаций а, движущихся в базисной плоскости, с другими дислокациями или растворенными атомами не сопро вождается образованием неподвижных порогов. Этот вид де
формации |
не должен сопровождаться образованием вакансий |
и ростом |
сопротивления. |
Возрастание значения Кл с понижением температуры п |
расхождение экспериментальных результатов с расчетными, по всей вероятности, связано либо с влиянием примесей, либо с особенностями образования диполей и скоплений. Вследствие низкой растворимости примесей в бериллии их влияние на ха рактеристики пластической деформации должно быть макси мальным по сравнению с другими металлами. Увеличение упроч нения под влиянием примесей при низких температурах можно объяснить трудностями поперечного скольжения, необходимого для преодоления выделений. Примеси способствуют образова нию петель в результате взаимодействия дислокаций с выделе ниями вторичных фаз. Этот процесс также зависит от темпера туры. По мнению авторов работы [71], рост упрочнения мо жет быть связан с торможением не скользящих дислокаций, а
плоскостей изгиба, образующихся при базисном |
скольжении. |
|
Барьерами их движению скорее всего являются |
мнкровыделе- |
|
ния. Кроме |
того, плотность дислокаций может |
повышаться с |
увеличением |
содержания примесей, приводя к |
росту величи |
ны К А- |
|
|
Для окончательного выяснения роли примесей в упрочнении бериллия при базисном скольжении необходимо определить активационный объем в зависимости от содержания примесей и
исследовать |
субструктуру деформированных кристаллов |
при |
различных |
степенях деформации в области температур |
Т<Т0. |
Если окажется, что плотность и величина диполей и петель, а также характер скоплений будут меняться с температурой де формации, то это можно будет связать с температурной зави симостью упрочнения. Что касается поля напряжений, связан ного с накапливанием дислокаций в процессе деформации, то оно определенно связано с взаимодействием скользящих дисло каций между собой.
При комнатной температуре винтовые дислокации в базис
ной плоскости |
более подвижны и легко |
покидают кристалл. |
Из-за низкой |
плотности дислокаций леса |
взаимодействие по |
механизму Базинского отсутствует или слабое. Краевые компо ненты взаимодействуют друг с другом, образуя диполи. Наибо лее вероятным механизмом их образования является модель Тетельмана [72].. Поскольку поле диполя близкодействующее,
упрочнение при деформации связано не со всеми дислокациями (как считает Зегер), а с избытком краевых дислокаций одного знака в скоплениях (механизм Хирша и Лелли, см. п. 4.7). Осо бенностью бериллия по сравнению с другими металлами яв ляется наличие скольжения во вторичных системах и образова
ние тройных |
узлов |
(см. рис. |
1.6). Температурная зависимость |
||||
этого процесса |
не |
изучена, |
его влияние на |
величину |
упрочне |
||
ния не известно. |
|
|
|
|
|
||
2.8. М е х а н и з м призматического скольжения |
|
|
|||||
До последнего времени в вопросе о природе |
призматического |
||||||
скольжения |
в |
металлах с г. п. у.-структурой |
не |
было |
ясности. |
Согласно двум альтернативным точкам зрения, призматическое скольжение контролируется либо преодолением барьеров Пайерлса — Набарро, либо поперечным скольжением. Применитель но к бериллию эти два подхода нашли отражение в работах Тинта и Германа [62], Конрада и Перлмюттера [26] (механизм Пайерлса — Набарро), Ренье и Дюпуи [41, 42] (модифициро ванный механизм поперечного скольжения).
Температурная зависимость напряжений Пайерлса — Набар ро для недиссоциированных дислокаций, движущихся в плоско
сти |
(1010), имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
— I ,07 - 1 0 " «72 > |
|
|
|
|
|||
|
|
т ( ю Т о ) П - н = |
П.76-108 |
е |
|
|
дині см-, |
|
(2.65) |
||||||
где |
< й 2 > |
— среднее |
квадратическое |
смещение |
атомов, |
завися |
|||||||||
щее от |
температуры. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Напряжения Пайерлса — Набарро |
для полных дислокаций в |
|||||||||||||
плоскостях |
{1010} |
оказались ниже экспериментально измерен |
|||||||||||||
ных значений Т ( 1 0 г 0 ) |
и близкими |
к значениям |
Т(П 1 0 г0 ) (см. рис. 1.8, |
||||||||||||
кривые 4 и 6 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Конрад и Перлмюттер |
[26] |
оценили |
энергию |
активации |
при |
|||||||||
зматического |
скольжения |
в бериллии |
( |
# 0 = 1,54-^2,20 эв) |
и |
рас |
|||||||||
считали |
энергии элементарных |
перегибов, |
исходя |
из |
теорий |
||||||||||
Зегера |
[22] |
[соотношение |
(2.35)], а |
также |
Дорна |
и |
Режне- |
||||||||
ка [36]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Представленные |
в |
п. |
1.2 экспериментальные |
данные |
Ренье |
и Дюпуи, касающиеся призматического скольжения в бериллии,
показывают, что |
механизм |
Пайерлса — Набарро |
неприменим |
||||||
для |
объяснения |
аномалии |
на температурной зависимости |
Ъ ( 1 0 щ |
|||||
(см. рис. |
1.8, кривая 3). Как известно, |
температурная зависи |
|||||||
мость напряжений Пайерлса — Набарро |
имеет |
вид |
плавной |
||||||
кривой, характер которой рассмотрен в |
монографии |
|
[25]. Вме |
||||||
сте с тем |
механизм Пайерлса — Набарро |
может |
быть |
использо |
|||||
ван |
для |
объяснения температурной зависимости |
т (1 0 То) |
( с м - |
|||||
рис. |
1.8, кривая |
4). |
|
|
|
|
|
|
Увеличение T^nfo) с ростом температуры не может быть свя зано также и с механизмами влияния примесей или других пре пятствий в кристаллах. Влияние примесей можно исключить по следующим соображениям: 1) дислокации с вектором Бюргерса а обеспечивают и базисное, и призматическое скольжение; однако у кристаллов одинаковой чистоты аномалия на темпера турной зависимости критических напряжений имеется лишь в
случае призматического |
скольжения; 2) |
примеси слабо |
влияют |
||
на величину t ( 1 0 7 0 ) |
при |
комнатной |
температуре и заметно |
влияют |
|
на величину i ( 0 0 0 1 ) |
(см. |
рис. 1.3 и |
1.15); |
3) при изучении |
призма |
тического скольжения в чистом бериллии не обнаружено ника ких типичных проявлений примесного механизма: ни «зуба теку чести», ни эффекта Портевена — Ле Шателье; различные виды термообработки исходных кристаллов (длительный нагрев до высоких температур с медленным охлаждением, закалка и ста
рение) |
не приводили к изменению величины Т(1 0 70 ); кроме того, |
||
зависимость Т(1 0 г0 ) от |
скорости деформации в области |
«горба» |
|
на х{Т) |
очень слабая, |
что несовместимо с примесной |
моделью |
блокирования дислокаций; 4) механизм, связанный с приме сями, не объясняет ни наличие интенсивного поперечного сколь жения, ни температурную зависимость т"1 0 у0 ) (см. рис. 1.8).
Перечисленные соображения позволяют исключить также и другие известные механизмы преодоления препятствий. В соот ветствии с рассмотренными ранее представлениями дислокации преодолевают препятствия под действием внешних сил и тепло вой активации. С ростом температуры в результате тепловой активации напряжение, необходимое для преодоления препятст вий, уменьшается. Таким образом, предположение, что сопро тивление движению дислокаций увеличивается с ростом темпе ратуры, противоречит принципу термической активации. Обычно рассматриваемые локальные препятствия не возникают с повы шением температуры, поэтому рост ^(1 0 т0 ) в области В (кривая 3
рИС. 1.8) НеЛЬЗЯ объЯСНИТЬ ЭТОЙ МОДеЛЬЮ. Увеличение ^( І 0 ї 0 ) с температурой означает, что существует некоторый термически активируемый механизм, который вызывает закрепление дисло каций, усиливающееся с ростом температуры. Поскольку тем пературная зависимость т"1 0 -]0 ) нормальная, а Т(1 0 у0 ) аномаль ная, можно полагать, что этот механизм связан с особенностя ми в поведении самих дислокаций, которые после некоторого
пластического течения оказываются |
заблокированными. |
|
|
Приемлемый механизм призматического скольжения должен |
|||
объяснить по крайней мере три следующих наблюдения: |
1) уве |
||
личение t(,0 -r0 ) с ростом температуры |
в области от |
170 до |
330°К; |
2) очень сильное упрочнение после |
достижения |
прецизионного |
|
предела текучести Т(1 0 -т0 ), т. е. в |
области напряжений |
между |
т "ю7о) и т (юГо)' 3) различие кривых деформации в областях А и В на кривой З рис. 1.8, в частности наличие трех стадий упроч нения в области «горба».
2.8.1. Модель Ренье и Дюпуи. При анализе призматического скольжения Ренье и Дюпуи [41, 42] обратили внимание на то, что на стадии микродеформации линии скольжения всегда длин ные и прямые, но с ростом температуры они искривляются тем сильнее, чем выше температура, и, кроме того, в этом случае они никогда не пронизывают весь кристалл. Отсюда можно за ключить, что винтовые дислокации, обеспечивающие сдвиг, в
результате поперечного скольжения |
самозакрепляются. |
||
Для объяснения природы закрепления и того факта, что в |
|||
области «горба» |
оно |
увеличивается |
с ростом температуры, |
Ренье и Дюпуи |
ввели |
представление |
о диссоциации (расщепле |
нии) дислокаций типа а в призматической плоскости1 . Возмож
ность такой |
диссоциации проанализирована |
в п. 4.10, здесь же |
|
мы рассмотрим соответствие этой модели |
экспериментальным |
||
наблюдениям. |
|
||
Предположим, что винтовые дислокации с вектором Бюргерса |
|||
~ < 1 1 2 0 |
> |
могут диссоциировать с образованием дефекта упа- |
|
О |
|
|
|
ковки как |
в |
плоскости базиса (0001), так и в плоскости призмы |
первого рода (1010). Допустим также, что диссоциированные дислокации в базисной плоскости имеют более низкую энергию, чем в призматической, т. е. имеется энергетический барьер АН, который необходимо преодолеть, чтобы дислокация, диссоцииро
ванная в плоскости |
(0001), стянулась и вновь диссоциировала |
в плоскости (1010). |
Тогда при не очень высоких температурах |
дислокации, претерпевшие поперечное скольжение из призма тической плоскости в базисную, самозакрепляются, что приво дит к росту напряжений, необходимых для дальнейшего те чения.
Рассмотрим этот процесс подробнее. При очень низких тем пературах (в области А на кривой 3 рис. 1.8) дислокации а движутся в плоскости призмы. Тепловые колебания недостаточ ны, чтобы активировать поперечное скольжение из призматиче ской плоскости в базисную. Линии скольжения прямые и длинные. Некоторые дислокации, встречая препятствия, за держиваются ими, тогда как другие проходят через весь об разец.
На стадии микродеформации, соответствующей кривой 4 на рис. 1.8, скольжение, по-видимому, контролируется механизмом Пайерлса — Набарро. На это указывают малые значения акти-
1 Д о сих пор считалось, что дислокации типа а в металлах |
с |
г. п. у,- |
структурой диссоциируют с образованием дефекта упаковки только |
в |
базис- |
HQj'i плоскости, |
|
|
вационного |
объема и удовлетворительное соответствие значе |
ний Т ( 1 0 г 0 ) |
и рассчитанных по формуле (2.65) (см. кривые 4 и 6 |
на рис. 1.8). Следует, однако, учитывать, что при расчетах на пряжений Пайерлса—Набарро для дислокаций а в призмати ческой плоскости они считались неднссоципрованными, тогда как из представлений Ренье и Дюпуи следует, что дислокации
диссоциируют также и в призматической плоскости, хотя |
и сла |
|||||||||||||
бее, чем в базисной. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Пользуясь уравнениями Зегера |
(2.35) |
и |
Дорна |
и Режнека |
||||||||||
[36] |
(Hj = 0,5 Н0), |
|
можно приближенно оценить энергию обра |
|||||||||||
зования перегиба |
|
Hj, связанную с преодолением |
барьера Пай |
|||||||||||
ерлса— Набарро. |
При расчетах приняты |
следующие значения |
||||||||||||
величин: #0 :=^2 эв1 |
[26], Т п _ н |
~ 3 , 7 кГ/млі2 |
(см. кривые 4 |
и 6 |
на |
|||||||||
рис. |
1.8), |
Т * « І 1 |
кГ/мм2. |
Величина |
# ; = 1 , 1 5 |
эв |
при оценке |
по |
||||||
уравнению |
(2.35) |
и 1 эв |
при |
использовании |
уравнения |
Дорна |
||||||||
и Режнека. Величина Hj/Gb3 |
при этом |
составляет |
соответствен |
|||||||||||
но 0,115 и 0,097. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В |
области В |
на кривой 3 |
рис. |
1.8 |
положение |
|
существенно |
усложняется. При достижении напряжения, соответствующего прецизионному пределу текучести Т( ] О г 0 )> в призматических плоскостях начинают работать источники, испускающие петли. Однако теперь тепловые колебания достаточны для поперечного скольжения винтовых участков петли из призматической плоско сти в базисную при условии, что петля достигает некоторого критического размера. После такого перехода винтовые участки вновь диссоциируют в базисной плоскости и закрепляют петлю 2 (рис. 2.7, а); краевые участки продолжают скользить в приз матической плоскости до выхода на поверхность. Из сказанного ясно, что закрепление петель носит термически активированный характер. Первая закрепленная петля создает напряжение у источника, и для испускания второй петли необходимо увели чить напряжение. Вторая петля, следуя за первой, в свою оче редь, переходит из призматической плоскости в базисную и диссоциирует. В результате многократного повторения процесса образуется скопление дислокаций (см. рис. 2.7,6), источник истощается, упрочнение оказывается очень большим. Этот про цесс соответствует участку кривой деформации между т (юГо)
их (юГо)-
По мере роста напряжений число скоплений увеличивается, упругие напряжения, созданные этими скоплениями, возрастают.
1Значение энергии активации в работе [26] получено на основании весьма приближенной оценки.
2Напомним, что ориентация образцов при растяжении такова, что каса тельные напряжения в плоскости (0001) близки к нулю. Поэтому после пере хода в базисную плоскость и диссоциации дислокации остаются непод вижными.