Файл: Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов.pdf

таллов. Не установлены до конца, например, движущие силы и механизм возникновения высокоугловых границ и зародышей рекристаллизации. Полностью не выяс­ нен также механизм миграции мало- и высокоугловых границ при рекристаллизации и т. д.

До сих пор нет достаточно убедительных представле­ ний о структуре высокоугловых границ металлов с раз­ личной кристаллической решеткой. Далеко не полно изу­ чены и свойства этого типа дефектов кристаллической решетки. Достаточно надежные данные о свойствах гра­ ниц, в частности о их динамике, стали появляться лишь в последнее время.

Наиболее удачной моделью высокоугловой границы к настоящему времени, по-видимому, является «остров­ ковая» модель Мотта, с помощью которой можно объяс­ нить процессы скольжения по границам зерен и мигра­ цию границ. Граница здесь рассматривается как кон­ гломерат островков с плохим и хорошим соответствием решеток по обе стороны от границы. С увеличением угла разориентировки зерен увеличивается количество островков плохого соответствия, а сами они приобре­ тают вид плоских образований, вытянутых в плоскости границ. При разориентировке 0,595 рад (35 град) и бо­ лее вся граница представляет собой участок плохого соответствия.

В последнее время нами с Л. С. Швиндлерманом, А. В. Антоновым, Е. М. Фридманом проведен ряд работ, позволивших надежно установить зависимость свойств границ от разориентации, а также от чистоты материа­ ла. Исследования были проведены на бикристаллах

цесс. Подвижность ее зависит от разориентации сосед­

ском бикристалле цинка чистотой 99,999% от угла разориентировки при условии, что граница нормальна к по­ верхности бикристалла. Движущая сила миграции здесь — уменьшение граничной энергии в результате со­

140

V, р а д (град.)

Рис. 60. Зависимость энергии активации миграции Е

границы наклона в 'плоском бикристалле цинка от уг­ ла 'разориенти'рор'кн ср

Видно, что энергия активации миграции снижается от значений —231 кДж/г-атом (55 ккал/г-атом), харак­ терных для малоугловой границы наклона с разориен-

сей [151]. Оно наиболее сильно сказывается в интервале содержания примесей от 2 -10_4% (ат.) до (10—15) • Ю~4% (ат.). При этом значения энергии активации возрастают от —67,2 кДж/г-атом (16 ккал/г-атом),характерных для

141

пограничной самодиффузии, до 147—168 кДж/г-атом

(35—40 ккал/г-атом).

Методические трудности пока не дали возможности получить аналогичные сведения о границах тугоплав­ ких о. ц. к. металлов. Однако нет оснований предпола­ гать, что общие закономерности здесь будут какие-то другие.

Зато на тугоплавких металлах с о. ц. к. решеткой, в частности на вольфраме, можно детально исследовать

Рис. 62. Микрофотография границы зерна вольфрама, получен­ ная при 4,2 К в ионном проекторе [90]

структуру высокоугловой границы с помощью ионного проектора. Исследования Р. И. Гарбера показали, что малоугловые границы в вольфраме до углов разориентации я /18—зх/12 рад (10—15 град.) могут быть описа­ ны с помощью стенок дислокаций; при этом ширина границы по данным работы [141] не превышает 0,6—

1 нм (6—10Â).

142

прямолинейных участков. Направление границы парал­

лельно плоскостям / 111 } одного и плоскостям [ НО} другого кристалла. Излом границы связан с переходом

плоскости границы от {і12* к |і14} . Полагают, что макроскопически криволинейная граница микроскопи­ чески всегда прямолинейна. Детальное исследование структуры высокоугловых границ в вольфрамовой про­ волоке с помощью автономного проектора, проведенное Р. И. Гарбером и др. [152], показало, что разориентзция зерен преимущественно отвечает решеткам совпа­ дающих узлов с достаточно высокой плотностью совпа­ дений. При этом ступенчатое строение границ наблюда­ ли в том случае, если граница не лежит вдоль плотно­ упакованной плоскости решетки совпадений. Высота ступенек равна от одного до нескольких сот периодов решетки. Показана возможность сопряжения решеток смежных зерен при произвольной высоте ступенек на границе с помощью использования системы частичных дислокаций.

Температура начала рекристаллизации

Важнейшим параметром процесса рекристаллиза­ ции является температура ее начала. Как известно, эта температура не является физической константой мате­ риала. В первую очередь она зависит от состава и чи­ стоты материала, а также характера структуры, полу­ ченной в результате деформации. Последнее особенно существенно для деформированного монокристалла, когда при деформации могут быть созданы условия, ис­ ключающие возможность рекристаллизации сильно де­ формированных о. ц. к. металлов при отжиге вплоть до температуры плавления. Для поликристаллов ха­ рактер структуры, полученной в результате деформа­ ции, проявляется через степень деформации, от кото­ рой температура начала рекристаллизации существенно

143

зависит. Достаточно большая степень деформации по­ ликристаллов всегда создает условия, ведущие к рекри­ сталлизации при последующем нагреве, так как совме­ стная деформация многих зерен должна приводить к множественному скольжению и возникновению большого числа месте высоким локальным изгибом решетки, где при нагреве могут возникнуть высокоугловые границы. В этих условиях температура начала рекристализации будет определяться подвижностью дислокаций, пере­ распределение которых при повышении температуры ведет к образованию высокоугловых границ. Примеси и легирующие элементы, затрудняющие термоактиви­ рованное движение дислокаций, способствуют повыше­ нию температуры начала рекристаллизации. Рост сте­ пени деформации, ведущий к увеличению локальных из­ гибов решетки и их числа, облегчает возникновение вы­ сокоугловых границ и снижает температуру начала ре­ кристаллизации. Большая продолжительность отжига,

естественно, понижает /р, так как она помогает фор­ мированию высокоугловых границ зерен. С ростом сте­ пени деформации и продолжительности отжига темпера­

тура t р вначале резко снижается, а затем асимптотичес­ ки приближается к некоторому пороговому значению.

Стадии рекристаллизации

Различают первичную, собирательную и вторичную рекристаллизацию. Первичная рекристаллизация, по

«наступает после того, как выросшие центры рекристал­ лизации приходят во взаимное соприкосновение. Она заключается в росте одних новых зерен за счет других (тоже новых)» [76].

Вторичная рекристаллизация наступает после опре­ деленного температурного порога /вт.р и заключается в бурном росте отдельных зерен за счет других. Для этой стадии характерно наличие резкой разнозернистости, так как размер растущих зерен непрерывно увеличивает­ ся и занимаемая ими площадь растет [76].

144