научная статья по теме ФОРМИРОВАНИЕ НАНОДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ И ЕЕ ВКЛАД В СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ СПЛАВОВ С L12-СТРУКТУРОЙ С ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИЕЙ УПОРЯДОЧЕНИЯ Физика

Текст научной статьи на тему «ФОРМИРОВАНИЕ НАНОДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ И ЕЕ ВКЛАД В СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ СПЛАВОВ С L12-СТРУКТУРОЙ С ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИЕЙ УПОРЯДОЧЕНИЯ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2014, том 78, № 4, с. 459-462

УДК 539.22.26+539.37

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ И ЕЕ ВКЛАД В СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ СПЛАВОВ С ¿^-СТРУКТУРОЙ С ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИЕЙ УПОРЯДОЧЕНИЯ © 2014 г. С. В. Старенченко, О. Д. Пантюхова, В. А. Старенченко

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный архитектурно-строительный университет E-mail: sve-starenchenko@yandex.ru

В рамках модели термического и деформационного упрочнения сплавов и интерметаллидов с Х12-структурой оценен вклад механизма размножения междоменных антифазных границ в сопротивление деформированию сплавов с высокой энергией антифазных границ. Установлено, что исходный размер антифазных доменов влияет на сопротивление деформированию.

Б01: 10.7868/80367676514040395

В процессе упорядочения в сплавах формируются домены, средние размеры которых, их форма, ориентация антифазных границ определяются природой сплава. Среди всех упорядочивающихся сплавов выделяются группы с малыми, средними и крупными размерами антифазных доменов, причем все значения размеров антифазных доменов лежат в пределах от сотен и до даже менее 10 нм [1—3].

Различные энергетические воздействия влияют на структуру антифазных доменов. Такими факторами оказываются температура, пластическая деформация. Экспериментальные исследования показывают, что накопление материалом энергии, произведенной различными способами, приводит к эволюции доменной структуры. Так, в результате нагрева приближение к температуре фазового перехода порядок—беспорядок влечет измельчение сформировавшейся доменной структуры. Состав сплава, степень порядка и другие свойства сплава вблизи антифазных границ (АФГ) отличаются от их величин внутри антифазных доменов [1]. АФГ — это характерный дефект кристаллической структуры сплавов с дальним атомным порядком.

Деформационное воздействие в широком диапазоне деформаций также инициирует изменение средних размеров антифазных доменов [3—5]. Накопление деформационных дефектов разной природы приводит к генерации деформационных антифазных границ (рис. 1). Подобные процессы, осуществляющиеся в деформируемом материале, способствуют уменьшению средних размеров антифазных доменов и соответственно ведут к увеличению плотности антифазных границ в упорядоченном материале. Формирование деформационных

антифазных границ стимулирует возникновение дополнительных вкладов в сопротивление деформированию.

В настоящей работе оценен вклад механизма размножения междоменных антифазных границ в сопротивление деформированию сплавов с высокой энергией антифазных границ, упорядоченных по типу Ь12. Оценка проведена в рамках модели, сформулированной нами в [6] на базе феноменологической модели [7, 8] термического и деформационного упрочнения сплавов и интерметаллидов с Х12-сверхструктурой. Модель [6] сформулирована в предположении, что пластическая деформация осуществляется посредством возникновения и расширения сверхдислокационных петель, т.е. носителем пластической деформации в рассматриваемых материалах являются сверхдислокации. Это обстоятельство определяет проявление или вообще наличие тех или иных дислокационных механизмов генерации антифазных границ [6], один из них — механизм размножения междоменных антифазных границ.

Скользящие сдвигообразующие дислокации пересекают встречающиеся на своем пути междоменные антифазные границы, которые были образованы при упорядочении материала. Вследствие этого пересечения на границах антифазных доменов возникают ступеньки. Протяженность возникающих таким образом ступенек растет с увеличением числа прошедших дислокаций. Интенсивность накопления площади АФГ в этом случае получена нами при условии, что величина сдвига не превосходит среднего размера антифазного домена и справедлива для случая множественного скольжения, когда

460

СТАРЕНЧЕНКО и др.

- Аи3Си300«| - СиэР1500<"

_ / - А

. ' к .

80 - 80- 80-

> -

70 - —1 70- 70-

- -•- 2 ■ - -

60 - -°~3 60- - 60-

к 50 - 50- - 50-

а 40 - 40 - 40-

30 - 30- -1 30-

20 1 20- -1 20-

10 10: А 10:

0 0- 0-

№3А1

_|_I_I_1_

0 0.5 1.0 0.5 1.0

0.5 1.0

8

Г NiзFel50« Г Си3Рё _ Аи42п

80 - 80 - 80 -

70 - 70 - 70( >

60 - 60 60 -У

50 - 50 ► 50

40 - 40 Й 40 - \

30 - 30 1 30 - \

20 - 20 - \

10 -^Ч. 10 и 20 - ч.

0 - ^ 0 , 1 , 1 - 0 . 1 . 1 . 1 . 1

0.5 1.0 0.5 1.0

0.5 1.0

8

Рис. 1. Зависимости среднего размера АФД от степени деформации: 1 — крупные АФД, 2 — средние АФД, 3 — мелкие АФД.

вновь возникающие антифазные границы участвуют в процессе размножения [6]:

^ = ±схр

йа й0

(1)

Здесь ^ * — площадь антифазных границ в единице объема кристалла, а — деформация сдвига, й0 — начальный средний размер антифазных доменов, ю — фактор формы антифазных доменов.

В общем случае сопротивление деформированию тафг, связанное с генерацией АФГ, может быть представлено в виде

т афг = <;* От, (2)

аа

где С* = С оП — эффективная энергия антифазных границ, — энергия АФГ в полностью упорядоченном материале, п — параметр дальнего атомного порядка.

Сопротивление деформированию ть связанное с генерацией АФГ вследствие размножения границ антифазных доменов, может быть записано в виде

= ; оП^ехр (а). а0 \ю/

(3)

Полученное соотношение (3) для т позволяет в рамках модели деформационного и термического упрочнения сплавов и интерметаллидов со сверхструктурой Ь12 [6] оценить вклад механизма размножения междоменных АФГ в сопротивление деформированию рассматриваемых материалов. Расчеты проведены для сплавов с высокой энергией АФГ с использованием значений параметров модели характерных для интерметаллида

Расчетные зависимости от степени деформации в сопротивления деформированию ть связанного с генерацией АФГ вследствие размножения границ антифазных доменов, для сплавов с высокой энергией АФГ представлены на рис. 2. Расчеты проведены для широкого спектра значений: начального среднего размера антифазных доменов (от 5 до 500 нм) и температур деформирования (от 77 до 773 К). Из рис. 2 видно, что исходный размер антифазных доменов оказывает существенное влияние на сопротивление деформированию т^ Так, т в десятки и сотни раз возрастает на начальных стадиях деформации в области низких и умеренных температур при уменьшении исходного размера антифазных доменов от 500 до 5 нм.

На рис. 3а приведены зависимости вклада т в деформирующее напряжение от начального среднего размера антифазных доменов й0 для различных значений температуры деформирования и степени деформации.

Уменьшение исходного размера антифазных доменов приводит к заметному увеличению деформационного упрочнения в упорядоченных сплавах. В основном это происходит при Ж0 < 30 нм. Необходимо отметить, что изменение исходного размера антифазных доменов оказывает влияние не только на механические характеристики сплава, но и на изменение степени дальнего порядка в процессе деформации.

Расчетные кривые деформационного упрочнения для сплавов с высокой энергией АФГ представлены на рис. 3б. Кривые т(в) рассчитывали из

1 - 1 [9], которое

соотношения

т = т у + т у + а СЬр1

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ

461

ть МПа

50 40 30 20

ть 11

10

9 8 7

й0 = 5 нм 673,773 К

т1, МПа 30

25

77-473 К

_1_|_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_

0 10 20 30 40 50

8, %

МПа

20 -

15

й0 = 25 нм

673,773 К

573 К

77-473 К

_1_I_I_I_I_I_I_I_I_I_1_

1 1 1 1 0 10 1 1 20 ....... 30 40 50

8, %

, МПа

¿0 = = 50 нм

673,773 К

573 К

I I I I I I I I I I I I

0 10 20 30 40 50

8, %

0 10 20 30 40 50

8, %

ть МПа 3.0

т1, МПа

0 10 20 30 40 50

8, %

0 10 20 30 40 50

8, %

Рис. 2. Зависимости вклада ^ в деформирующее напряжение т от степени деформации 8 для различных значений: начального среднего размера антифазных доменов ^0 и температуры деформирования, для сплавов с высокой энергией АФГ.

учитывает сопротивление движению дислокаций вследствие преодоления стопоров недислокационной природы (первое слагаемое), сопротивление движению сверхдислокаций вследствие их термоактивируемого самоторможения, обусловленного образованием барьеров Кира-Вильсдор-

ть МПа 60

50 40 30 20 10 0

-а 8=0% - 8 = 30% - 8 = 50%

- ^77,673^^ : \ 673 К : уу673 К

........ : 77 К ........ -77 К^55»--— ........

0 25 50 75 0 25 50 75 0 25 50 75

¿0, нм

т, 102 МПа

12 -

8 -

4 -

0 ............

0 10 20 30 40 50

8, %

Рис. 3. а — Зависимости вклада т^ в деформирующее напряжение т от начального среднего размера антифазных доменов ^ для различных значений: температуры деформирования и степени деформации, для сплавов с высокой энергией АФГ; б — Расчетные кривые деформационного упрочнения для сплавов с высокой энергией АФГ.

фа на винтовых и осаждением точечных дефектов на краевых дислокациях (второе слагаемое), сопротивление движению дислокаций посредством их взаимодействия с дислокациями леса (третье слагаемое).

Сравнение рис. 2 и рис. 3б показывает, что в рассматриваемых материалах механизм размножения междоменных антифазных границ при начальном среднем размере антифазных доменов 5—10 нм может давать заметный вклад т в деформирующее напряжение т до деформаций порядка 10% во всем интервале температур деформирования.

Механизмы генерации антифазных границ в процессе пластической деформации сплавов со сверхструктурой Ь12 не ограничиваются механизмом, рассмотренным в данной работе. Совокупность разных механизмов генерации антифазных границ может вносить существенный вклад в формирование деформирующего напряжения и деформационного упрочнения рассматриваемых материалов.

6

5

4

462

СТАРЕНЧЕНКО и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Старенченко С.В., Козлов Э.В. // Вестник ТГАСУ. 2003. № 2(8). С. 9.

2. Старенченко С.В // Изв. вузов. Физика. 2011. № 9. С. 16.

3. Старенченко С.В // Изв. РАН. Сер. физ. 2007. 71. № 2. С. 214; Starenchenko S.V. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Physics. 2007. V. 71. № 2. P. 203.

4. Старенченко С.В., Старенченко В.А. // Изв. вузов. Физика. 2004. № 9. С. 21.

5. Старенченко С.В., Старенченко В.А. // Изв. РАН Сер. физ. 2005. 69. № 4. С. 585; Starenchenko S.V., Starenchenko V.A. //

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