ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 129
Скачиваний: 0
Экспериментальные |
данные |
для |
сплавов |
M g |
— Zn |
(см. |
|
рис. 4.9) согласуются со схемой |
4.11,6 |
при |
r Z n < 0 , 0 |
2 5 ат.% и |
|||
со схемой 4.11, а при |
cz n >0,025 |
ат.%. При |
этом |
с ростом |
кон |
центрации Zn значение т* увеличивается сильнее, чем хс- Таким образом, легирование M g сопровождается усилением как дальнодействующего взаимодействия, так и взаимодействия на близ ких расстояниях.
Из перечисленных в п. 2.5 механизмов, контролирующих термически активированный процесс, механизм Сузуки исклю чается, так как т * ~ Ус, а не с . Механизм Пайерлса — Набарро
связан обычно с небольшим активационным объемом ( ~ 1 0 |
Ь3), |
|||
тогда как экспериментально измеренные значения |
V для спла |
|||
вов M g — Zn оказываются на порядок выше [76]. |
|
|
|
|
Анализ экспериментальных |
данных, полученных |
для |
сплавов |
|
M g — Zn, показывает, что при |
увеличении содержания |
Zn з |
M g |
механизм, контролирующий пластическую деформацию, ме няется [76]. При czn<0,025 ат.% основную роль играет обна руженное опытным путем увеличение плотности дислокаций леса (т. е. механизм пересечения дислокаций леса), а при c Z n > >0,025 ат.% — механизм трения, связанный с взаимодействием дислокаций с примесными атомами, по Фриделю1 [12] (см. п. 2.5.3). Последнее, по-видимому, относится и к упрочнению
сплавов M g — I n |
и M g — T h [65, 167, с. 276]. |
|
|
4.9. Характеристики призматического скольжения |
|||
\Ug, |
Zn, Cd) |
|
|
При |
анализе |
призматического скольжения |
металлов с |
г. п. у.-структурой |
их необходимо разделить на две |
подгруппы: |
1) металлы, у которых этот вид скольжения является вторич
ным |
(Be, M g , Zn, Cd |
и др., см. табл. 4.4); 2) |
металлы, |
у |
кото |
рых |
призматическое |
скольжение является |
основным |
|
видом |
деформации (Zr, Ті и др., см. табл. 4.4). Характер и механизм призматического скольжения этих двух групп металлов раз личен. Из металлов первой подгруппы призматическое сколь жение лучше всего изучено в Be, M g и их сплавах.
4.9.1. Критические напряжения сдвига. Наиболее характер ная особенность призматического скольжения в металлах пер вой подгруппы — сильная температурная зависимость критиче ских напряжений сдвига. При низких температурах, т. е. в области термической активации, призматическое скольжение в чистом виде удается наблюдать лишь при условии исклю чения легкого базисного скольжения (когда базисная плоскость строго параллельна оси деформации). В этих условиях воз можно также пирамидальное скольжение. Поэтому во многих
1 В отличие от соотношения (2.49) Т изменяется |
с концентрацией приме |
си нелинейно. Это можно объяснить конкуренцией |
механизмов пересечения |
(см. п. 2.4.1) и Фриделя (см. п. 2.5.3.) [76]. |
|
работах при - анализе .результатов эти виды деформации не разделяют, характеризуя их как «небазпсное» скольжение.
Экспериментальные данные о небазисном, скольжении в M g противоречивы. Измеренные в работах [56,. 57] значения крити ческих напряжении оказались значительно выше, чем в работе [58]. Вместе с тем все авторы сходятся в мнении, что небазис ному скольжению в M g свойственна сильная термическая акти вация и что при высоких температурах линии скольжения имеют извилистый характер. Макроскопический предел текучести ра
вен 10 кГ/мм2 при 77° К (по |
сравнению |
с |
0,1 кГ/мм2 |
для |
базис |
||||||
ного |
скольжения при |
этой |
температуре). |
Поэтому |
достаточно |
||||||
отклонения |
плоскости |
базиса от |
оси деформации на 15' для |
||||||||
того, |
чтобы |
началось |
базисное |
скольжение. В |
работах |
[56, 57, |
|||||
76] использовались кристаллы с |
углом |
отклонения |
плоскости |
||||||||
базиса от оси деформации не менее |
1°. Поэтому при их дефор |
||||||||||
мации одновременно |
происходило |
базисное, |
пирамидальное, |
||||||||
призматическое скольжение и двойникование. |
|
|
|
||||||||
По.данным Рид-Хилла и Робертсона |
[56], основанным |
на ана |
|||||||||
лизе |
деформационного |
рельефа, |
призматическое скольжение в |
||||||||
M g |
усиливается с ростом температуры. При |
77° К |
оно |
очень |
слабое. Наряду.с базисным происходит пирамидальное сколь жение в системе {1123} < П 2 2 > . В области температур от 77°К до комнатной пирамидальное скольжение в этой системе посте пенно ослабевает и сменяется скольжением типа {1011}< 1120>. При дальнейшем. росте температуры усиливается призматиче ское скольжение.
Температурная зависимость критических напряжений сдвига кристаллов M g , ориентированных для призматического скольже ния, построена в работе [57]. Иосинага и Ориюси [58] показали, что в области температур 288—723° К линии небазисного сколь жения соответствуют в основном сдвигу по призматическим плоскостям; в меньшей степени в этих условиях развито сколь жение типа'{ЮН} < 1 1 2 0 > .
В Zn и Cd призматическое скольжение из-за высоких крити ческих напряжений наблюдается лишь при повышенных темпе
ратурах (более 550 и 420°К соответственно). Скорость |
деформа |
|||||
ции Zn, Cd и сплава |
Zn—•0,1'ат.%' Cd описывается следующими |
|||||
выражениями [21, 30]: |
|
|
|
|
|
|
для Zn (99,999%) |
приT = 525-f-630° К |
|
|
|
||
є = |
7,4- l O - 1 |
3 T 3 e - 3 8 0 0 ° / R 7 |
' |
сек-1 ; |
(4.31) |
|
для Cd при Т = 4304-550° К |
|
|
|
|
||
ё = 1 , 2 . 1 0 - п ' 5 |
т 2 ' 7 5 е - 2 9 ' 2 |
0 0 |
^ |
ш с - 1 ; |
(4.32) |
|
для сплава Zn — 0 , 1 ат.% |
Cd при 7 = 580^665° К |
|
||||
е = 1,5- 1 0 - V ' 6 e - 4 6 0 0 0 |
/ R |
T |
сек-- . |
(4.33) |
Здесь т имеет размерность [дин/см2]. Энергия активации не за висит от напряжения. Упрочнение при скольжении очень мало. Эти факты свидетельствуют о дислокационно-диффузионном ха рактере течения в указанных интервалах температур.
4.9.2. Влияние легирования на характеристики призмати ческого скольжения. Влияние легирования изучено главным об-
0 100 200 300 • 400 У"
Рис. 4.12. Температурная зависимость критических на пряжений сдвига для призматического скольжения в монокристаллах системы M g — Z n [76] .
разом в сплавах M g с L i [1, 57, 58, 77, 168], Zn и А1 [76]. Наибо лее интересный эффект влияния примесей на призматическое скольжение M g заключается в уменьшении критических напря жений сдвига легированных кристаллов. Разупрочнение особен но велико при низких температурах (рис. 4.12) [76]. Следствием такого разупрочнения является заметное увеличение пластично сти некоторых сплавов по сравнению с чистым M g .
Отличительная |
особенность призматического скольжения |
в |
||
M g — отсутствие |
четкого |
перехода к атермическому |
участку |
на |
кривой т(7") (рис. 4.13). |
Это несколько затрудняет |
анализ ме |
ханизма деформации. По-видимому, такой характер зависимо
сти т(Г) обусловлен поперечным скольжением. |
Из рис. 4.12 и |
4.13 следует, что в сплавах M g — L i и M g — Z n xG |
увеличивается, |
а т* уменьшается с ростом концентрации примесей. Легирова
ние литием сопровождается также снижением |
Го. При низких |
|||||
температурах и |
малых концентрациях Zn напряжения |
сдвига |
||||
меняются |
мало, |
но при |
высоких — даже слабое |
изменение |
кон |
|
центрации |
Zn приводит |
к заметному росту т с |
(см. |
рис. |
4.9). |
На рис. 4.14 приведена температурная зависимость активационного объема для сплавов M g — Z n . В области температур 100—200° К активационный объем мал и слабо зависит от кон-
центрации Zn и от температуры. При 7" > 200° К он быстро воз растает.
4.9.3. Механизм призматического скольжения. Призматиче ское скольжение рассматриваемой группы металлов контроли руется механизмом с сильной термической активацией. Суще ствует две точки зрения относительно природы призматического
О 100 200 300 400 5В0 60V Т°К
Рис. 4.13. Температурная зависимость критиче ских напряжений сдвига в сплавах M g — L i [76].
скольжения: механизм Дорна |
и др. [ 1 , 169], основанный на мо |
дели преодоления барьеров |
Пайерлса—Набарро; механизмы |
Фриделя [170], Шоттки и др. [136], Эскайга [171] и Ренье [123], основанные на модели поперечного скольжения дислокаций а, диссоциированных в базисной либо в базисной и призматиче ской плоскостях.
4.9. За. М е х а н и з м Д о р н а . Дорн с сотрудниками счита ют, что в области термической активации призматическое сколь
жение |
в M g контролируется |
механизмом |
Пайерлса — Набарро |
||
при температурах Г < |
4 5 |
0 ° К |
и механизмом |
поперечного сколь |
|
жения |
при Т>450° К. |
В |
соответствии с этими представлениями |
скорость деформации при низких температурах определяется процессом образования парных перегибов на единице длины дислокации:
е |
= pabv0 |
J L <г"п-н1*г |
, |
(4.34) |
где а — расстояние |
между |
минимумами |
кривых |
Пайерлса |
(см. рис. 2.4,а). Согласно теории, активационный объем очень
мал (<--ЗЬ3 ) |
при низких |
температурах |
и составляет несколько |
||
v, в'г |
і |
1 |
г ~ ~ 1 |
1 |
1 — Г Т Т — I |
600
500
|
і |
і |
і |
і |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
100 |
ZOO |
|
|
S00 |
|
400 т'к |
||
Рис. |
4.14. |
Те.мпературиая |
|
зависимость |
|
активацион |
|||
ного |
объема, измеренного |
|
при |
т = Т ( 1 0 г 0 ) , |
в сплавах |
||||
|
|
|
M g — Z n |
[ 7 6 ] . |
|
|
|
||
десятков b3 при Tq. |
Кроме |
того, |
|
он |
сильно |
зависит |
от напря |
||
жений т*. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дорн и его |
сотрудники |
[1, 77, 172] считают, что |
существует |
удовлетворительное соответствие между этой моделью и экспе риментальными результатами, относящимися к призматическому скольжению в сплавах системы M g — L i (с повышенным содер жанием L i ) и в соединении Ag2Li. Уменьшение величины т* при легировании магния литием авторы объясняют снижением на пряжений Пайерлса — Набарро.
Однако имеется несколько фактов, противоречащих таким представлениям. Легирование магния литием приводит к умень шению периодов решетки сплава, что должно сопровождаться увеличением силы Пайерлса — Набарро. Практически же т* при легировании не увеличивается, а уменьшается. Если деформа ция контролируется силами Пайерлса — Набарро, то упрочне-
ниє не должно зависеть от температуры [12]. Фактически в спла вах M g — L i эта зависимость оказывается значительной.
С целью устранить эти противоречия Дорн [173] модифициро вал теорию и предложил новую модель скольжения, названную «механизмом псевдо-Пайерлса». Эта модель — промежуточная между механизмами Пайерлса — Набарро и Фриделя. Учтя ве личину энергии ядра винтовой дислокации, Дорн пришел к вы воду о возрастании энергии дефектов упаковки при легировании
магния |
литием. В рамках этих представлений увеличение y в |
|
сплавах |
M g — L i — результат уменьшения концентрации |
свобод |
ных электронов на атом. |
|
|
Следует отметить, что модифицированная теория Дорна так |
||
же имеет ограниченную общность. В сплавах M g — Z n |
концент |
рация электронов не меняется, а в сплавах Mg — АГ она даже
возрастает |
в результате легирования [76]. Между тем величина |
т (юТо) э т н х |
сплавов оказывается более низкой, чем у чистого M g . |
Согласно некоторым воззрениям [76, 145], образование пар ных перегибов на дислокации облегчается присутствием неболь ших количеств растворенных атомов в результате нарушения
периодичности |
барьеров |
Пайерлса — Набарро |
или |
в |
конечном |
счете за счет снижения |
нх эффективной высоты. В |
соответствии |
|||
с этими представлениями легирование всегда должно |
приводить |
||||
к снижению напряжений Пайерлса — Набарро, |
что |
в общем |
|||
случае неверно. |
|
|
|
|
|
4. 9. 36. М е х а н и з м ы, о с н о в а н н ы е па |
п о п е р е ч и о м |
||||
с к о л ь ж е н ии |
д и с с о ц и и р о в а н н ы х |
д и с л о к а ц и й. |
Существует несколько моделей поперечного скольжения дисло
каций, объясняющих процессы скольжения |
в призматической |
||
(1010) и пирамидальной (1011) плоскостях |
металлов |
с г.п.у.- |
|
структурой, а также скольжение типа |
( 1 1 1 ) < 1 1 0 > в |
металлах |
|
с г.ц.к.-структурой. Обычно расчеты по |
этим |
моделям |
приводят |
к завышенным значениям напряжений сдвига при низких тем пературах. Действительно, в этом случае тепловое возбуждение, необходимое для образования стяжек на диссоциированной дис локации, мало. Если составляющая силы вдоль плоскости ба зиса при этом также близка к нулю, то скольжение по призма тической или пирамидальной плоскости при низкой температуре вообще становится невозможным. В этом состоит одна из труд ностей такого подхода. Ее, однако', можно преодолеть, предпо
ложив, что стяжки |
заранее имеются на дислокационных |
по |
рогах. |
|
|
4. 9. Зв. М о д е л ь |
Ф р и д е л я [170, 174]. Под действием |
при |
ложенного напряжения дислокация, диссоциированная в плоско сти базиса, стягивается на небольшом участке и затем откло
няется |
в призматическую (1010) или |
другую плоскость зоны |
[1120] |
(см. рис. 2.4,г). В дальнейшем |
длина рекомбинированной |