ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 97, № 5, с. 89-93
= ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ
УДК 669.Г24:539.374:548.4:539.25
КРИВИЗНА-КРУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ И ДЕФЕКТНАЯ СТРУКТУРА ГРАНИЦ РАЗНОГО ТИПА ПРИ ДЕФОРМАЦИИ СПЛАВА №3Ее В СОСТОЯНИИ С БЛИЖНИМ
АТОМНЫМ ПОРЯДКОМ
© 2004 г. О. Б. Перевалова*, Н. А. Конева**, Э. В. Козлов**
*Институт физики прочности и материаловедения, 634021 г. Томск, пр. Академический, 21 **Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003 Томск, пл. Соляная, 2 Поступила в редакцию 27.10.2003 г.
Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследована дислокационная структура и кривизна-кручение кристаллической решетки на уровне групп зерен, отдельных зерен и вблизи границ разного типа, а также дефектная структура границ зерен при разных степенях деформации в сплаве №3Бе. Установлены закономерности накопления и релаксации кривизны-кручения кристаллической решетки вблизи тройных стыков и фасеток специальных границ. Обнаружено, что кривизна-кручение кристаллической решетки возникает при тех степенях деформации, когда плотность дислокаций в приграничной области не зависит от плотности зернограничных линий. При деформациях, соответствующих пределу текучести, работа зернограничных источников в зерно приводит к образованию зернограничных линий в границах зерен (микроступенек в плоскости границы), тогда как с ростом степени деформации увеличение плотности зернограничных линий определяется кривизной-кручением кристаллической решетки в приграничных областях, или что то же самое - дальдействую-щими полями напряжений, возникающими в тройных стыках и вблизи фасеток специальных границ.
В микроструктуре пластически деформированных сплавов вблизи тройных стыков и фасеток специальных границ, а также в полосовой разори-ентированной субструктуре электронно-микроско-пически наблюдаются экстинкционные контуры, свидетельствующие о кривизне-кручении кристаллической решетки и наличии внутренних дально-действующих полей микронапряжений [1, 2]. Источниками кривизны-кручения кристаллической решетки являются отдельные дислокации, малоугловые дислокационные границы в полосовой разо-риентированной дислокационной субструктуре, оборванные малоугловые границы, тройные стыки зерен и фасетки специальных границ [1-3]. Искривление кристаллической решетки возникает как из-за накопления избыточных дислокаций одного знака, так и из-за движения дисклинаций [3].
В настоящей работе исследована эволюция кривизны-кручения кристаллической решетки в группах зерен, отдельных зернах и приграничных областях границ разного типа в сплаве №3Бе в состоянии с ближним атомным порядком.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом исследования являлся поликристаллический сплав №3Бе в состоянии с ближним
атомным порядком. Термообработка сплава включала гомогенизирующий отжиг, а также отжиги после ковки и для формирования определенного размера зерна. Средний размер зерен составлял 40 мкм. Зеренная структура сплава №3Бе детально исследована авторами ранее в [4]. Сплав состоит из зерен, ограниченных границами общего типа. Около половины зерен содержит одну или две специальные границы. Идентификация границ разного типа проводилась методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии [5]. Методика подготовки образцов для деформирования и электронно-микроскопического исследования подробно изложена в [6]. Измерение кривизны-кручения кристаллической решетки % проводилось с использованием экстинкционных контуров, которые наблюдаются на электронно-микроскопических изображениях микроструктуры деформированных материалов и свидетельствуют о наличии непрерывной разориентации между областями по разные стороны экстинкционного контура [7], величина которой, как показали экспериментальные измерения, составляет примерно 1°. С учетом этого компоненты кривизны-кручения кристаллической решетки Хи, как градиент непрерывной разориентировки, рассчитывали по следующей формуле:
(1-11)
I = [200]
(-1-11)
2 мкм
Рис. 1. Панорамная картина микроструктуры зерна размером около 20 мкм.
х
0.0174М I '
(1)
где М - увеличение, 1 - ширина экстинкционного контура. Погрешность измерения % составляет 5 х х 103 рад/м.
Возникновение кривизны-кручения кристаллической решетки можно объяснить образованием дислокационной "стенки" из дислокаций одного знака, плотность которых равна разности плотности дислокаций разного знака и называется избыточной плотностью дислокаций. Оценка избыточной плотности дислокаций одного знака проводилась по формуле:
Р±
= X
Ь
(2)
где Ь - вектор Бюргерса. В электронном микроскопе проводилась последовательная съемка дислокационной структуры при увеличении 10000 при одном положении гониометра. Затем фотографии склеивались и воссоздавалась панорамная картина дислокационной структуры с экс-тинкционными контурами в исследуемом сплаве.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование панорамных картин дислокационной структуры при разных степенях деформации показало, что при малых степенях деформации (е = 2%) в отдельных зернах, размер которых составляет более 10 мкм, в одном рефлексе, как
4 мкм
Рис. 2. Схемы реальной картины экстинкционных контуров, полученной при панорамной съемке микроструктуры деформированного сплава при разных степенях деформации: а - е = 0.02; б - е = 0.05; в - е = 0.1.
правило, наблюдается один экстинкционный контур (рис. 1, 2а), направление которого близко к направлению выхода октаэдрической плоскости системы дислокационного скольжения. Появление экстинционных контуров в этом случае обусловлено накоплением избыточных дислокаций одного знака, величина которой составляет третью часть от общей плотности дислокаций в зерне.
При увеличении степени деформации (е > 5%) картина экстинкционных контуров усложняется (рис. 26, в). Во-первых, возникают экстинкцион-ные контуры, наблюдаемые в разных рефлексах. Это означает, что увеличивается число компонент тензора кривизны-кручения кристаллической решетки. Во-вторых, возникает система почти параллельных экстинкционных контуров, наблюдаемых в одном и том же рефлексе. Это значит, что в соседних экстинкционных контурах происходит
Х х 10 4, рад/м 10 Ь
(а)
8-х
_I_I_I_I_I_I_У_I_I_I_I_I_1_
0 1 2 3 4 5 6 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
г, мкм
Рис. 3. Изменение кривизны-кручения кристаллической решетки % с расстоянием г от тройных стыков (а) и от фасеток специальных границ (б) при разных степенях деформации £:
х - £ = 0.02; Ж - £ = 0.1; * - £ = 0.15; • - £ = 0.23; О - £ = 0.29.
локализация избыточных дислокаций противоположного знака. Экстинкционные контуры простираются через все зерно от одной границы зерна до противоположной, как правило, близки по направлению к выходам плоскостей дислокационного скольжения (см. рис. 1) и малоугловых границ в разориентированной полосовой дислокационной субструктуре. В-третьих, картина экстинкционных контуров усложняется: контуры наблюдаются вблизи границ зерен, тройных стыков и фасеток специальных границ [1, 2, 6]. Оценка избыточной плотности дислокаций по формуле (2) вблизи тройных стыков показал, что локальные значения избыточной плотности дислокаций превышают локальную плотность дислокаций в месте наблюдения экстинкционного контура. Это свидетельствует об упруго-пластическом изгибе кристаллической решетки вблизи границ зерен, особенно тройных стыков зерен, возникающем из-за несовместимости пластической деформации в соседних зернах.
Рассмотрим изменение кривизны-кручения кристаллической решетки Х с удалением от тройных стыков (рис. 3 а) и фасеток специальных границ (рис. 36). На расстоянии 0.1 мкм как от тройных стыков, так и от фасеток специальных границ величина % имеет максимальное значение. С увеличением расстояния г значения % уменьшаются.
На рис. 4 представлены зависимости %-£ на разных расстояниях от тройных стыков (рис. 4а) и фасеток специальных границ (рис. 46). С ростом степени деформации £ кривизна-кручение кристаллической решетки % на расстояниях 0.1-0.5 мкм вблизи тройных стыков уменьшается (рис. 4а), а вблизи фасеток специальных границ увеличивается (рис. 46). Это означает, что в тройных стыках происходит некоторая релаксация микрона-
Рис. 4. Зависимости кривизны-кручения кристаллической решетки от деформации на разных расстояниях г от тройных стыков (а) и фасеток специальных границ (б):
• - 0.1 мкм; х - 0.5 мкм; О - 1 мкм; + - 2 мкм; Ж - в зерне вдали от границ зерен.
пряжений, а в фасетированных границах специального типа релаксация затруднена.
На расстояниях, больших чем 0.5 мкм, зависимости %-£ вблизи границ зерен и внутри зерен подобны: с ростом степени деформации £ кривизна-кручение решетки % возрастает. Вблизи фасеток специальных границ кривизна-кручение кристаллической решетки % возникает при £ > 0.1, поскольку при £ < 0.1 через специальные границы хорошо передается дислокационное скольжение [8], в результате чего несовместность деформации соседних зерен минимальная. Вблизи тройных стыков кривизна-кручение кристаллической решетки % возникает при значительно меньших деформациях (£ > 0.02) - см. рис. 4а, б. С ростом степени деформации (£ > 0.2) кривизна-кручение решетки вблизи фасеток специальных границ становится больше, чем вблизи тройных стыков. Приграничные области фасетированных специальных границ являются местом преимущественной локализации разориентированной полосовой дислокационной субструктуры [6]. Поэтому кривизна-кручение решетки вблизи фасеток специальных границ обусловлена как накоплением избыточной плотности дислокаций, так и несовместностью пластической деформации соседних зерен.
На рис. 5 а (кривая 1) представлена зависимость кривизны-кручения кристаллической решетки % на расстоянии 0.1 мкм от тройных стыков от плотности зернограничных линий в границах зерен (рЗГл). Зависимость %-рЗГЛ имеет максимум, который соответствует значению рЗГЛ, равному 1 х 107 м-1. Кривая 2 на рис. 5 а представляет собой зависимость плотности дислокаций р вблизи тройных стыков от плотности зернограничных линий в границах общего типа. Известно [9], что в поли-
X х 10-4, рад/м р х 10-14, м-2
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.