научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ АТОМОВ НА ПАРАМЕТРЫ ЗЕРНОГРАНИЧНОГО АНСАМБЛЯ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ СО СВЕРХСТРУКТУРОЙ L12 Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ АТОМОВ НА ПАРАМЕТРЫ ЗЕРНОГРАНИЧНОГО АНСАМБЛЯ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ СО СВЕРХСТРУКТУРОЙ L12»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 6, с. 786-789

УДК 539.22.669.24:669.234.001.5

ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ АТОМОВ НА ПАРАМЕТРЫ

ЗЕРНОГРАНИЧНОГО АНСАМБЛЯ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ СО СВЕРХСТРУКТУРОЙ L12

© 2015 г. О. Б. Перевалова1, Е. В. Коновалова2, Н. А. Конева3, К. В. Иванов1, Э. В. Козлов3

E-mail: knv123@yandex.ru

Экспериментальными методами исследования установлено влияние энергии комплексного дефекта упаковки и среднеквадратичного смещения атомов на параметры зернограничного ансамбля в сплавах со сверхструктурой L12 на основе никеля. Среднее число специальных границ, приходящееся на одно материнское зерно, тем меньше, чем больше энергия комплексного дефекта упаковки. Доля двойников Z3 в спектре специальных границ тем меньше, чем меньше среднеквадратичное смещение атомов.

DOI: 10.7868/S0367676515060253

ВВЕДЕНИЕ

В неупорядоченных твердых растворах с ГЦК-структурой (в частности, в сплавах на основе меди Cu—Al) параметры зернограничного ансамбля, а именно среднее число специальных границ в расчете на одно "М"-зерно (материнское зерно), их доля в зернограничном ансамбле и доля двойников Z3 в спектре специальных границ зависят от энергии дефекта упаковки. С уменьшением энергии дефекта упаковки эти параметры возрастают [1]. В сплаве Cu—Al энергия дефекта упаковки уменьшается с увеличением концентрации алюминия. В случае, если энергия дефекта упаковки не изменяется при легировании (в сплавах системы Cu—Mn), то указанные параметры зерногра-ничного ансамбля незначительно увеличиваются. При легировании как алюминием, так и марганцем происходит увеличение микродеформации кристаллической решетки и среднеквадратичного смещения атомов [2].

Цель настоящей работы состоит в установлении взаимосвязи между параметрами зерногра-ничного ансамбля, энергией дефекта упаковки и параметрами твердого раствора в упорядоченных сплавах и со сверхструктурой L12.

1 Федеральное государственное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск.

2 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа г. Югры", Сургут.

3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет", Томск.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследовали сплавы преимущественно на основе никеля, прошедшие термическую обработку на упорядочение атомов (табл. 1), и интерметал-лид №3А1. Степень порядка в сплавах достигалась либо отклонением от стехиометрии состава, либо легированием (сплав №3(Ре,Сг)).

Исследования проводили методами оптической металлографии (ОМ), растровой электронной микроскопии с использованием дифракции обратно рассеянных электронов (ДОРЭ), рентге-ноструктурного анализа (РСА). Оценку среднеквадратичного смещения атомов проводили методом РСА в кристаллографических направлениях 111 и 002 для ГЦК-решетки [2].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Методами ОМ и ДОРЭ установлено, что в сплавах с дальним порядком зерна с границами общего типа ("М "-зерна), наблюдаются двух типов: содержащие границы специального типа и не содержащие последних. Для оценки количества специальных границ введен такой параметр как среднее число специальных границ в расчете на одно М-зерно. Он определяется как количеством специальных границ в М-зернах, так и долей М-зе-рен, содержащих специальные границы. Чтобы выявить влияние энергии дефекта упаковки, на рис. 1а представлена зависимость среднего числа специальных границ от энергии комплексного дефекта упаковки в сплавах со степенью дальнего порядка, близкой к 1. Из рис. 1а видно, что при

Таблица 1. Состав сплавов со сверхструктурой Ы2, режим упорядочивающего отжига или способ получения для интерметаллида №3А1, степень дальнего атомного порядка (п), энергия комплексного дефекта упаковки (УкдУ) и энергия антифазных границ в плоскости (111) (уАфщп))

Состав сплава, ат. % Режим упорядочивающего отжига или способ получения П ± 0.02 Укду, мДж • м 2 Уафг(111),7 мДж • м-2

75№ + 25Бе Ступенчатый отжиг в интервале 808-593 со скоростью 5 К в сутки, далее охлаждение с печью 0.90 105 [3] 92 [4]

74№ + 24Бе + 2Сг Ступенчатый отжиг в интервале 823-533 К со скоростью 5 К в сутки, в течение 1200 ч [5] и далее охлаждение с печью 0.85 25 -

75№ + 25Мп Ступенчатый отжиг при температуре 798 573 К со скоростью охлаждения 5 К в сутки и далее с печью до комнатной 0.89 57 [5, 6] 75 [7]

73№ + 27Мп 0.76 - -

70№ + 30Мп 0.79 - -

Ступенчатый отжиг в интервале 923-773 К со скоростью 5 К в сутки, далее охлаждение с печью 0.91 50 [6] 42

75Рё + 25Бе Изотермический отжиг при Т = 873 К 175 ч 0.87 - -

Изотермический отжиг при Т = 873 К 350 часов 0.70 - -

N1 + 25А1 Метод литья, отжиг в течение 1 ч при 1473 К 1 215 [3] 163-190 [4]

N1 + 25А1 После СВС под давлением все образцы подвергались отжигу в течение 1 ч при 1473 К 1 170 -

N1 + 24А1 + 0.25В - - -

N1 + 24А1 + 0.5В 0.96 230 -

уменьшении энергии дефекта среднее число специальных границ на одно М-зерно увеличивается. Точки на графике, принадлежащие сплавам Рё3Бе, №3Мп, №3Ре и №3А1, №3(Ре,Сг), а в общем случае — зависимостью, близкой к экспоненциальной. На основе представленных на рис. 1а данных о №3(Ре,Сг) можно определить, что значение энергии дефекта упаковки в этом сплаве меньше, чем в сплаве №3Ре, и составляет 25 мДж • м-2.

Средняя относительная энергия специальных границ также зависит от энергии комплексного дефекта упаковки: с увеличением последней энергия специальных границ увеличивается (рис. 1б). Если на график зависимости у/утак = /(уКдУ) (рис. 1б) нанести среднее значение энергии специальных границ для сплава №3(Ре,Сг), равное 0.02, то видно, что уКдУ также составляет 25 мДж • м-2. Увеличение

средней относительной энергии специальных границ может происходить либо из-за уменьшения доли двойников 23, либо из-за наложения зернограничных антифазных границ (ЗАФГ) на плоскость границы зерна.

Методом ДОРЭ обнаружено, что в ряду сплавов со сверхструктурой Ы2 №3(Ре,Сг), №3Мп, №3Ре и №3А1 отсутствует зависимость между долей двойников в спектре специальных границ и энергией дефекта упаковки (рис. 2а). Отсюда следует, что увеличение энергии специальных границ с увеличением энергии дефекта упаковки обусловлено наложением ЗАФГ, энергия которых тем больше, чем больше энергия решеточных АФГ. Доля двойников 23 в спектре специальных границ в упорядоченных сплавах на основе никеля тем больше, чем больше среднеквадратичное смещение атомов (рис. 2б). Таким образом, в сплавах на основе нике-

788

ПЕРЕВАЛОВА и др.

n 2.0

1.5

1.0

0.5

Ni3(Fe, Cr)

Pd3Fe

Ni3Fe

Ni3Mn

Ni3Al

j_I_I_I_I_I_I

0

50

100

150 200 250

-2

Укду, мДж ■ M

80

160

240

Укду, мДж ■ м

Рис. 1. Зависимости среднего числа границ специального типа, приходящихся на одно "М"-зерно, (а) и среднего значения их относительной энергии границ (б) от величины энергии комплексного дефекта упаковки (КДУ) в сплавах со сверхструктурой Ь12.

ля со сверхструктурой L12 энергия комплексного дефекта упаковки влияет на среднее число специальных границ в расчете на одно "М"-зерно в зер-нограничном ансамбле и на распределение специальных границ в зависимости от относительной энергии и соответственно на среднее значение их энергии и не влияет на долю двойников Z3 в спектре специальных границ.

При легировании интерметаллида Ni3Al бором происходит увеличение энергии дефекта упаковки [9], уменьшение среднеквадратичного смещения атомов [10], особенно при содержании алюминия 24 ат. %, и уменьшение доли двойников Z3 в спектре специальных границ. Параметры зер-нограничного ансамбля интерметаллида зависят также от способа получения сплава (методом литья или самораспространяющегося высокотемпературного синтеза). При легировании бором среднее число специальных границ в расчете на одно материнское зерно уменьшается (табл. 2), в спектре специальных границ уменьшается доля специальных границ с относительной энергией менее 0.1,

0.9

0.8

0.7

Э!3

0.6

Ni3Fe i Ni3(Fe, Cr)

Ni3Mn

Ni3Al

_i_I_I_I_I_I_I_I_I_I

0 50 100 150 200 250

-2

Укду, мДж ■ м

0.9

0.8

0.7

0.6

Ni3Fe

Ni3(Fe, Cr) Ni3Mn(0.76^ ^

Ni3Mn

Ni3Mn(0.89)

0.005

0.010 V<«2>, нм

Рис. 2. Зависимости доли двойниковых границ Е3 в спектре специальных границ от энергии комплексного дефекта упаковки (а) и от величины среднеквадратичного смещения атомов ^{и2) (б) в сплавах со сверхструктурой Ь12. Для сплава №зМп в скобках указана степень дальнего атомного порядка, для интерметал-лида №зА1 данные по 5^з взяты из [8].

вследствие этого среднее значение энергии специальных границ увеличивается.

На график зависимости средней относительной энергии специальных границ зерен упорядоченных сплавов и литого интерметаллида от энергии дефекта упаковки (рис. 3а) и от энергии АФГ (рис. 3б) нанесем соответствующие значения энергии границ зерен специального типа для интерметаллида, полученного СВС, стехиометрического состава и состава N1 + 24 ат. % А1 + + 0.5 ат. % В. Из рис. 3 видно, что при легировании бором энергия дефекта упаковки и энергия АФГ возрастают. Анализ представленных данных (табл. 2 и рис. 3) позволяет сделать вывод, что при легировании интерметаллида бором увеличение энергии дефекта упаковки и уменьшение среднеквадратичного смещения атомов сопровождаются уменьше-

а

а

0

0

Таблица 2. Среднеквадратичное смещение атомов (^(и2)), среднее число специальных границ в расчете на одно "М"-зерно (и), доля низкоэнергетических границ (8) с энергией менее 0.1, доля двойников Е3 в спектре специальных границ (823) в интерметаллиде №3А1 стехиометрического и нестехиометрического составов (24 ат. % А1), легированного бором

Состав сплава, ат. % V(u2), нм n (ОМ) 5 s s3 Укду, мДж ■ м 2

Ni + 25Al 0.0056 [10] 0.13 0.03 0.73 [8] 170

Ni + 24Al + 0.5B 0.0024 [10] 0.09 0.025 0.54 [8] 230

нием доли специальных границ и доли двойников 23 в спектре специальных границ.

Увеличение доли двойников 23 в спектре специальных границ в сплав

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком