Деформационные микрорельефы первой группы, возникающие при нагреве и растяжении металлов с г.ц.к. решеткой » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Деформационные микрорельефы первой группы, возникающие при нагреве и растяжении металлов с г.ц.к. решеткой

19.05.2021

Согласно предлагаемой классификации, к первой группе микрорельефов относятся внутризеренные сдвиговые рельефы, образующиеся в металлах и сплавах с г. ц. к. решеткой в процессе деформации, а также рельефы, связанные с возникновением областей с переориентированной решеткой (рис. 189).

Для микрорельефов, показанных на рис. 189, а—г, ж характерны различные виды следов скольжения, появляющихся на полированной поверхности образцов. Известно, что в следах скольжения локализована лишь незначительная часть пластической деформации, причем сами следы скольжения имеют сложное субмикроскопическое строение и деформация в них также распределена неравномерно. В ряде экспериментальных и теоретических работ установлено, что с повышением температуры испытания при данной скорости деформации несколько увеличивается единичное смещение по каждому следу скольжения, но в значительно большей степени возрастает расстояние между отдельными следами; при достаточно высокой температуре деформация может происходить вообще без возникновения видимых следов скольжения.

Следует также отметить, что если на поверхности не возникают видимые следы скольжения, то это не означает отсутствия скольжения в объеме зерен. Так, специальными опытами с применением фазоконтрастной оптики показано, что может происходить «тонкое» скольжение, не обнаруживаемое с помощью обычного оптического микроскопа (в английской литературе этот вид скольжения обычно называют slipless flow или fine slip) и что высокотемпературная деформация в значительной степени может происходить за счет указанного тонкого скольжения. Аналогичное объяснение, по-видимому, может быть дано начальной стадии пластической деформации металлов, при которой не возникает видимых следов скольжения. Отсутствие таких следов в ряде случаев может быть связано с влиянием величины зерна.

Образование различных систем видимых следов скольжения, а также их отсутствие при определенных режимах испытания позволяют судить о действующем механизме пластической деформации и являются одним из основных критериев поведения материалов в условиях проводимого опыта.

Микрорельефы первого и второго типов (рис. 189, а и б) связаны с проявлением одинарного и множественного однородного скольжения; они отражают процесс трансляционного скольжения и обычно проявляются в виде четких прямолинейных следов на поверхности образца. Полосы скольжения при этом, как установлено в наших опытах, обычно затухают вблизи границ. Переход прямолинейных следов скольжения в соседнее зерно наблюдается очень редко.

На рис. 189, б (множественное однородное скольжение) первичная система полос скольжения обозначена цифрой I, а вторичная — II. Следует отметить, что в некоторых случаях наблюдается в одном и том же зерне значительно большее число систем скольжения.

Эти микрорельефы при повышенных температурах обычно образуются в однофазных твердых растворах и менее характерны для достаточно чистых металлов, в которых однородное скольжение, как правило, происходит лишь в отдельных участках зерен или в участках образца, претерпевших значительную деформацию, например, вблизи зоны разрушения.

Микрорельефы третьего и четвертого типов (рис. 189, в и г) отражают процессы одинарного и множественного неоднородного скольжения в зернах. При этом под понятием «неоднородное скольжение» мы объединяем различные проявления скольжения, происходящего по нескольким кристаллографическим плоскостям в сопрягающихся участках решетки, но при сохранении общего направления скольжения. К таким рельефам отнесены в первую очередь различные проявления поперечного скольжения (cross slip), обнаруженного в а-латуни и в ряде металлов с г. ц. к. решеткой при комнатной и повышенной температурах.

Наши наблюдения показывают, что различные проявления поперечного скольжения наиболее характерны для чистых металлов с г. ц. к. решеткой при повышенных температурах; эти данные находятся в соответствии с опубликованными. Специфическая особенность поперечного скольжения в чистых металлах — волнистый характер наблюдаемых следов скольжения при характерном их разветвлении: «внутреннее» (intimate cross slip) и «зигзагообразное» поперечное скольжение (zig-zag cross slip), что и показано на рис. 189, в. При скольжении этого вида границы зерен очень часто не препятствуют распространению следов скольжения. В отличие от чистых металлов поперечное скольжение в сплавах наблюдается значительно реже, что объясняется пониженной величиной энергии дефектов укладки. Следы поперечного скольжения в сплавах, как правило, строго прямолинейны («резкое» поперечное скольжение — prominent cross slip) и обычно не распространяются за пределы данного зерна.

На рис. 189, г показано сочетание двух систем скольжения в одном зерне, из которых первоначально возникшая система I состоит из прямолинейных следов однородного скольжения, а система II (вторичная) отображает поперечное скольжение. Такое сочетание различных видов скольжения весьма часто наблюдается в процессе деформации различных металлов при нагреве.

Показанные на рис. 189, д, е, и з микрорельефы связаны с образованием областей (полос) с повернутой относительно основной части зерна кристаллической решеткой. Эти виды неоднородной деформации, протекающей в микрообъемах различных материалов, рассмотрены в обзорной работе.

Принимая в качестве основы для классификации микрорельефов их внешние геометрические признаки, а также учитывая механизм образования этих микрорельефов, указанные проявления неоднородной пластической деформации можно разделить на три типа: полосы перегиба (сброса), полосы деформации и полосы приспособления (аккомодации).

Полосы перегиба (kink bands), указанные стрелками на рис. 189, д, были впервые обнаружены в металлических монокристаллах Э. Opoваном в 1942 г.. В дальнейшем эти полосы наблюдали в ряде поликристаллических металлов при различных температурах. К микрорельефу этого же вида следует отнести так называемые зоны изгибания, наблюдавшиеся Н.Ф. Лашко. Возникновение полос перегиба связано с локальными изгибами кристаллической решетки из-за неравномерного распределения деформации по объему поликристалличеекого образца, а также вследствие жесткого закрепления образца в захватах испытательного устройства. Характерной особенностью полос перегиба является то, что аналогично поперечному скольжению они часто проникают из одного зерна в другое (рис. 189, д).

К полосам деформации (рис. 189, е) относятся: а) собственно полосы деформации (deformation bands), б) так называемые полосы вторичного скольжения и в) часто наблюдаемая нерегулярность распределения следов скольжения на поверхности, выражающаяся в сгущении следов скольжения в отдельных участках (полосах), расположенных под небольшим углом к направлению - основной системы скольжения. Стрелками на рис. 189, е показаны полосы деформации.

В отличие от полос перегиба, связанных только с искривлением действующих систем скольжения, полосы деформации характеризуются резко неоднородным распределением следов скольжения в пределах данного зерна или возникновением четко ограниченных локальных зон со вторичными системами скольжения. Возникновение полос деформации, как и полос перегиба в поликристаллах, по-видимому, в значительной мере облегчено сложным неоднородным напряженным состоянием в зернах.

Седьмой тип микрорельефа (рис. 189, ж) отражает скольжение в зернах при наличии двойниковых прослоек (отмеченных на схеме стрелками). В этом случае наблюдается характерный излом следов скольжения при переходе через границу двойника. Этот вид рельефа характерен для микроструктуры деформированных сплавов и металлов с г. ц. к. решеткой, обладающих пониженной энергией дефектов упаковки.

Образование полос приспособления (accomodation bands или accomodation kinking), относящееся к восьмому типу микрорельефа (рис. 189, з), связано с возникновением переходных областей на границах зерен или двойников. Это проявляется в характерном искривлении следов скольжения в этих зонах. При образовании указанных полос происходит своеобразное «приспособление» решетки зерна к ориентировке решетки двойника или приграничной зоны.

Полосы «приспособления» были впервые обнаружены Д. Джилсоном в 1950 г. при изучении двойникования в процессе деформации цинка. Поскольку в металлах с г. ц. к. решеткой в условиях повышенных температур двойники деформации не образуются, полосы приспособления могут возникать в этом случае только у границ зерен и на границах двойников отжига, что и наблюдалось нами в никеле и палладии. Необходимо подчеркнуть, что рельеф этого вида при повышенных температурах обнаруживается значительно реже, чем полосы перегиба и полосы деформации.

На рис. 190—192 даны примеры рассмотренных выше микрорельефов первой группы.

Рис. 190, а и в (х200) иллюстрирует одинарное и множественное скольжение в сплаве 70% Ni и 30% Fe, деформированном на 21% при комнатной температуре со скоростью растяжения v = 8,8%/час. Характер аналогичных следов скольжения в никеле технической чистоты (99,6%), подвергнутом растяжению при 20 °C на 10,9% со скоростью 1300%/час, виден из рис. 190, б и г (х200). В железоникелевом сплаве эти следы строго прямолинейны и пересекают все зерно от одной границы до другой. В никеле при малой скорости растяжения и комнатной температуре прямолинейных следов не обнаружено. Даже при высокой скорости растяжения (1300%/час) прямолинейные следы скольжения образуются лишь в отдельных участках зерен и часто затухают, не доходя до границ. Расстояние между следами скольжения в никеле, как правило, значительно больше, чем в исследованном железоникелевом сплаве. Об аналогичных данных сообщается в работе.

Примеры неоднородного скольжения иллюстрируются рис. 190, д—з и рис. 191, а—д. Микрорельеф, обнаруженный в образце платины, подвергнутом испытанию в течение 8 час. при 600 °C и напряжении онач = 2,3 кг/мм2 до деформации е = 2,9%, показан на рис. 190, д (х100). Характерным является наличие извилистых разветвленных следов скольжения, переходящих через границы отдельных зерен. Такое пересечение границы показано на рис. 190, е (Т = 400°, онач = 4,6 кг/мм2, е = 6,5%, t = 9,5 часа) (x140); стрелками отмечена граница, пересекаемая следами поперечного скольжения, а стрелкой с черным кружком — граница, через которую следы скольжения не проходят.

Извилистые следы поперечного скольжения видны на поверхности крупного зерна никеля (рис. 190, ж, x300), подвергнутого испытанию при T = 400 °C, v = 6,4%/час, е = 19,7%.

Рассмотренные выше следы поперечного скольжения (рис. 190. г—ж) аналогичны по форме обнаруженным в алюминии. Характер скольжения в платине и никеле соответствует схеме «зигзагообразного» поперечного скольжения, предложенной Р. Каном.

Значительно реже нами наблюдались прямолинейные следы поперечного скольжения (рис. 190, з и 191, а). Например, на рис. 190, з (x600) показана поверхность образца палладия, деформированного за 6 час. на 6,2% при T = 400 °C и онач = 7,0 кг/мм2. Стрелками отмечены зоны перехода следов скольжения с одних действующих плоскостей скольжения на другие. Рельеф такого типа в никеле виден из рис. 191, а (T = 400°С, v = 0,5%/час, е = 19%) (х300).

Сочетание прямолинейных и извилистых следов скольжения в платине, иллюстрирующее протекание множественного неоднородного скольжения, показано на рис. 191, б (Т = 400°С, онач = 4,6 кг/мм2, е = 6,5%, t = 9,5 часа) (х100). На этом же образце платины обнаружены участки, в которых наблюдается значительно большая неоднородность скольжения в зернах, проявляющаяся в виде одновременного действия нескольких систем извилистых следов поперечного скольжения (рис. 191, в) (х100). Картина множественного поперечного скольжения в никеле (Т = 400°С, v = 6,5%/час, е = 21,2%) дана на рис. 191, г (х300).

Неоднородное множественное скольжение в сплаве 70% Ni с 30% Fe (Т = 20°С, v = 8,8%/час, е = 21,0%) характеризуется сочетанием двух систем: четких прямолинейных следов скольжения и пересекающих их следов поперечного скольжения с резкими уступами (рис. 191, д) (x200). В этом случае происходит так называемое «резкое» поперечное скольжение, четко наблюдавшееся в а-латуни при комнатной температуре и, по всей вероятности, характерное для некоторых сплавов с г. ц. к. решеткой.

На рис. 1У1, е—з даны примеры возникновения полос перегиба в образцах платины, палладия и никеля. Такой микрорельеф в платине (Т = 400 °C, онач = 4,6 кг/мм2, е = 6,5%, t = 9,5 часа) имеет вид широких темных полос, переходящих из одного зерна в другое (рис. 191, е) (х47,5). Полосы перегиба в зерне палладия (Т = 400°С, онач = 7,0 кг/мм2, t = 6,2%, t = 6 час.) показаны на рис. 191, ж (x200). В наших опытах, проводимых при более высоких температурах, чем указанные выше, полосы перегиба не обнаруживались. Следует отметить, что полосы перегиба такого же внешнего вида наблюдались при ползучести крупнозернистого алюминия.

Полосы перегиба в никеле по своему внешнему виду несколько отличаются от рассмотренных выше. Отмеченная стрелкой полоса перегиба в никеле (T = 400°С, v = 6,4%/час, е = 19,7%) показана на рис. 191, з (x300).

Микрорельефы, помещенные на рис. 192, а—в, отображают возникновение полос деформации в никеле. Так, на рис. 192, а (x140) стрелками отмечены полосы деформации, образовавшиеся при испытании по режиму: T = 400 °С, v = 6,5%/час, е = 21,2%, а на рис. 192, б (x300)— полосы, возникшие при T = 400°С, v = 0,5%/час, e = 19,0%. Рассмотренные полосы Деформации представляют собой отдельные участки зерен с резко выраженной неоднородностью распределения следов скольжения. На рис. 192, в (x100) зафиксированы два типа полос деформации, обнаруженных в образце никеля при 20°С, v = 1300%/час, e = 10,9%: отмеченные стрелками (аналогичные имеющимся на рис. 192, а и б) и широкая четко очерченная полоса (показанная стрелками с черными кружками). Эта полоса по своим очертаниям похожа на полосы деформации, обнаруженные Ч. Барретом в a-железе.

Скольжение в зернах с двойниковыми прослойками показано на примере сплава никеля с 25% Mo (рис. 192, в) (x200), испытанного при T = 450 °С, онач = 57,1 кг/мм2, е = 8%, t = 5 час. Такой вид микрорельефа часто образуется в однофазных сплавах с г. ц. к. решеткой, подвергаемых растяжению при повышенных температурах.

Еще один тип микрорельефа — полосы приспособления — представлен на рис. 192, д и е. Например, в образце палладия (рис. 192, д) (х200), подвергнутом испытанию при T = 400 °С, онач = 7,0 кг/мм2, е = 6,2%, t = 6 час., возле двойника образовалась полоса приспособления (отмеченная стрелкой). В этой полосе происходит изгиб следов скольжения, развившихся в основном объеме зерна. Эти изогнутые следы скольжения инициируют возникновение разветвленного поперечного скольжения на боковой грани двойника. Образование полосы приспособления на границе зерна (обозначенного буквой А) в образце никеля иллюстрируется на рис. 192, е (х300), испытание проводилось при Т = 600°C, V = 7,7% /час, е = 20,5%. Этот вид полос приспособления обычно наблюдается на прямолинейных границах между зернами.

Микрорельефы первой группы возникают, как правило, в условиях медленной деформации при относительно низких температурах (приблизительно до 0,5 Tпл). При увеличении скорости деформации эти микрорельефы могут проявляться при значительно более высоких температурах. Так, например, на рис. 192, ж и з показаны полосы скольжения в никеле и платине. Образец никеля (рис. 192, ж) (х140) был подвергнут растяжению при T = 1000 °C, v = 800%/час, е = 6,7%, а образец платины (рис. 192, з) (х47,5) испытывался при T = 1200 °С, онач = 0,5 кг/мм2, е = 26,3 %, t = 1,5 часа.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: